某电厂机组A给水泵汽轮机振动问题的分析处理
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湛江发电厂3号机组A给水泵汽轮机振动问题的分析
处理
钟达红1，关南强2，鲁周勋2
（1．湛江发电厂，广东湛江 524099；2. 广东省电力试验研究所，广东广州
510600）
摘要：叙述了湛江发电厂3号机组A汽动给水泵汽轮机2号瓦振动问题的分析及处理的整个过程，指出造成2号瓦振动大的主要原因是不平衡及轴瓦刚性差。
解决的办法是对转子进行动平衡和更换轴瓦。
关键词：给水泵汽轮机；振动；动平衡
1 给水泵汽轮机及振动情况简述
湛江发电厂3号机组A给水泵汽轮机是东方汽轮机厂生产的G3.6-0.78型单缸、单轴凝汽式汽轮机，它是为驱动300 MW机组配套的50%容量给水泵而设置的，其轴系简图如图1所示。
该机自1999年6月投产以来一直存在2号轴瓦振动大的问题，轴振最大达到100 μm，瓦振最大达190 μm。
该机的轴振动报警值设定为80 μm，跳机值为130 μm，无瓦振保护。
经过数月的振动测量及分析，最后通过转子现场动平衡、三次更换轴瓦、调整轴承间隙及轴承座刚度的方法降低了振动，满足了安全运行的要求。
A给水泵汽轮机的主要参数：工作汽源（额定参数）339 ℃/0.786 MPa；高压辅助汽源537 ℃/16.67MPa；额定转速5337r/min；运行转速范围为3 100～5 900 r/min（6 327 r/min脱扣）；一阶临界转速2 620 r/min（设计值），二阶临界转速9 233 r/min（设计值）。
汽轮机与给水泵的联接通过齿形挠性联轴器。
2 振动原因分析及动平衡
2.1 振动原因分析
A给水泵汽轮机2号瓦为可倾瓦，由5块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块构成，轴承座落在排汽缸上。
该瓦在试运过程中就发现轴振较大,在5 800 r/min 时，轴振为80 μm，已达报警值；其水平瓦振高达170 μm，与瓦座相连的排油管道及盘车电机等也产生了剧烈振动。
振动使轴承箱螺丝松动，严重影响了机组安全运行。
由测量的数据看，2号瓦振及轴振在低速下较小，而在转速升到5 000 r/min后，振动开始加大，表1列出了某次测量得到的一组数据。
由频谱分析看，其振动成分主要为一倍频（图2所示）。
可以看出，转子存在不平衡，决定首先通过动平衡来减小2号瓦处的轴振，然后再设法消除2号瓦的水平瓦振。
2.2 转子的动平衡
根据给水泵汽轮机转子的特点及振动特点，先试加重120 g，相角∠180°。
加重面在2号瓦处的末级叶轮的平衡螺孔中，其半径为324 mm。
加重后测量的振动结果如表2所示。
可见，试加重后振动变化较大，且通过临界转速时轴振超过100 μm。
根据原始振动及试加重后的振动值，计算得到调整质量及相角分别为40 g 和∠58°。
表3示出调整加重后的振动数据。
由结果看，这次加重效果很好，轴振在整个转速范围内变化较平稳，且小于50 μm。
但2号瓦水平振动变化不显著。
2.3 2号瓦振动原因分析
动平衡消除了轴振，并不能消除瓦振。
经过分析认为2号瓦水平振动大的主要原因在于该瓦水平方向刚度较差，致使其与排油管道等相连部件产生了共振（在5 500～5 700 r/min范围内有一个共振区）。
通过对轴承座及其相连的排油管实施加固、检查对中等措施后均未凑效，最后决定更换2号瓦以增加其刚度。
3 第一次更换2号瓦后振动情况
3.1 振动现象
1999年12月，对3号机A给水泵汽轮机2号瓦进行换瓦处理，轴瓦上顶隙由0.30 mm调整为0.38 mm。
换瓦后初步运行发现，A给水泵汽轮机在转速达4 900 r/min后， 1号、2号轴振迅速上升，在4 916 r/min时，2号轴振最大为155 μm。
表4为开机时测量的数据，此次测量解除了A给水泵汽轮机的振动保护。
图3示出了2号瓦轴振的频谱级联图。
由图3可见，1×分量不大且较稳定，2×，3×分量较明显，还出现了0.5×分量，由测量结果及数据分析得出结论：转子的不平衡量很小；换瓦后的转子的对中状况较差；2号瓦的轴瓦稳定性较差，轴瓦可能已磨损。
根据上述结论，决定对A给水泵汽轮机2号瓦揭瓦检查。
3.2 揭瓦检查的结果
1999年3月1日3号机组停机后，对A给水泵汽轮机2号瓦进行揭瓦检查，发现两块下瓦乌金均已严重磨损，其中一块已露出部分铁胎底（两块下瓦均装有轴瓦金属温度测温探头），经测量2号瓦处转子中心下沉约730 μm；上瓦三块，中间一块磨损较严重，两侧瓦块只稍有磨损；轴项表面尚光滑，未发现有较深磨痕。
2号瓦侧轴封片略有磨损。
1号轴承结构与2号相同，经检查只有一块下瓦略有划痕，其它完好，于是将2号瓦全部更换。
揭瓦后的检查结果和停机前的振动诊断基本相符，乌金严重磨损致使转子中心下沉730 μm，虽然使用的是弹性联轴器，但其补偿是有限的，故出现转子对中不良。
在运行中一直未发现2号瓦金属温度有异常升高的现象，估计轴瓦乌金磨损逐渐发展是由于2号瓦振动大引起的。
4 第二次换瓦后的情况
2000年3月11日，A给水泵汽轮机第二次更换2号瓦后试运。
这次轴瓦顶隙调整为0.30 mm。
首次试运时小汽机不带给水泵，用厂用汽源单独冲转A给水泵汽轮机。
当A给水泵汽轮机冲至3 100 r/min时，发现2号瓦的金属温度已升至65 ℃，其振动未见异常；到3 500 r/min时，瓦温80 ℃；到4 000 r/min 时，瓦温迅速上升至115 ℃，此时立即手动打闸停机，当时2号瓦的回油温度只有43.5 ℃。
图4为当时主控室计算机上显示的各参数的趋势图。
由图4可见，转速由3 300 r/min升至3 800 r/min以上时，2号瓦的金属温度急剧上升。
2号轴振在转速由2 200 r/min升至3 100 r/min时有一个小波峰，这是通过转子临界转速（约2 620 r/min）时出现的现象。
揭瓦检查发现，2号瓦乌金已经烧损，全周范围内的5个瓦块均严重烧损。
于是将5个瓦块全部更换，并对A给水泵汽轮机的润滑油进行过滤，发现润滑油滤网干净无杂质，油质也合格。
由趋势图看， 2号瓦的金属温度随着给水泵汽轮机转速的升高而升高，基本上是一个台阶一个台阶对应的，如图4所示，故认为轴承的进油量偏小造成轴瓦烧毁。
导致润滑油量偏少的原因有二：一是轴承的进油孔偏小，直径仅为3 mm；二是在前次2号瓦烧损时，由于转子中心下沉了730 μm而将轴承油档磨损,造成油档间隙大大增加，从而使油管进来的润滑油大部分从油档间隙流走，使轴承润滑、冷却不足，轴瓦温度升高，最终在高转速下将瓦烧毁。
于是采取了下述措施：将轴承的进油孔直径由3 mm加大到4 mm；重新加工和调整轴承油档，使挡油环内孔符合设计要求；调整2号瓦紧力，以增加2号瓦的刚度。
5 第三次换瓦后的情况
2000年3月12日，A给水泵汽轮机第三次换瓦，顶隙由0.30 mm调至0.18 mm，紧力由原来的0.01mm调至0.03 mm。
在不带泵的情况下，将给水泵汽轮机冲至5 600 r/min，此时2号瓦金属温度为62 ℃，2号瓦轴振42 μm；冲至5 800 r/min时，2号瓦金属温度61 ℃，2号瓦轴振80 μm。
试运情况基本符合要求，后将A给水泵汽轮机和给水泵联上。
3月13日3号机组正常启动并网，投入A 给水泵汽轮机运行，其振动值如表6，可见振动有较大改善，能满足长期稳定运行的需要。
6 结束语
通过对湛江电厂3号机组A给水泵汽轮机2号瓦的几次振动分析诊断，找到了问题所在，一是转子存在较大的不平衡量，解决办法是对转子进行动平衡；二是2号瓦轴承的刚度不足，解决的办法是更换轴瓦，增加轴承的刚度,其具体措施是调整轴瓦间隙，增加轴瓦紧力，提高轴承座的水平刚度，降低该瓦的水平振动值。
2号瓦在第二次换瓦后试运中烧瓦，是对轴承油档的间隙影响轴承的润滑冷却情况考虑不足，未重新加工油档，应该引以为戒。
A给水泵汽轮机振动问题的分析和处理对其它给水泵小汽轮机振动问题的诊断与解决有较大的参考价值。
