背压式汽轮机运行故障分析李雨枫,姜志国(南阳石蜡精细化工厂,南阳 473132)摘 要:南阳石蜡精细化工厂动力站的B3-3.43/0.981型背压式汽轮机,先后出现了轴承振动,推力盘、轴径刮伤等故障。

文章通过故障原因分析,找到了解决问题的办法,为同类机组的检修与维护提供了有价值的参考。

关键词:背压式汽轮机;运行;故障中图分类号:T E974 文献标识码:B 文章编号:1006-8805(2006)01-0032-04青岛汽轮机厂生产的B3-3.43/0.981型汽轮机,安装于南阳石蜡精细化工厂动力站,与新建65t/h 中压蒸汽锅炉配套,是热电联产的中温、中压、冲动、背压式汽轮机。

自1998年底投用以来,连续5年未出现大的问题。

但在2003年底发现汽轮机出力效能下降,于是在2004年5月进行了投用以来的第一次解体大修。

2004年大修以后却先后发生了推力盘表面划伤、4号轴承及轴径损坏、机组严重振动等故障。

在处理事故的过程中积累了一些经验,这里进行简要的分析和总结,以期为同类机组的运行与维护提供参考。

1 机组结构及技术参数(1)机组轴系结构如图1所示,汽轮机与发电机通过刚性联轴器连接。

图1 机组轴系结构(2)有关技术参数介质:蒸汽;额定转速;3000r/m in;临界转速:1855r/m in;汽轮机前轴承(1号轴承为椭圆与推力联合轴承)几何尺寸:内径130m m,宽110mm ;汽轮机后轴承(2号轴承为椭圆轴承)几何尺寸:内径140mm,宽110m m;额定进汽量:47.8t/h;额定排汽压力:0.785~1.275MPa;额定转速时振动值(全振幅): 30 m;临界转速时振动值(全振幅): 150 m 。

2 问题分析及处理2.1 2号、3号轴承振动机组于2004年5月进行第一次解体大修,目的是处理出力效能下降的问题(实现3000kW h 的发电量,正常时需要48t/h 蒸汽负荷,目前则需要52t/h)。

解体后发现约有连续1/3的二级叶片的出口存在不同程度的内凹,确认为颗粒高速撞击产生的。

因生产厂家事先未预测到这方面的问题,修复必然需要相当长的时间,所以决定本次大修暂不更换受损叶片。

考虑到大修一次工作量较大,顺便更换了部分气封和油封。

其他未见异常,也未进行任何变动和修理。

5月21日开机试运行,随着转速的升高,2号、3号轴承的水平、垂直方向振动值不断增加,当达到额定转速时,3号轴承水平方向振动值达到124 m (见表1),停机查找原因。

2.1.1 振动原因分析对有可能造成机组2号、3号轴承振动值超标的原因逐一进行了分析。

(1)汽轮机转子与发电机转子对中不好[1]。

在查看检修记录时,联轴器找正值全部在允差范围内,并没有超标。

收稿日期:2005-08-17。

作者简介:李雨枫(1957-),男,甘肃人。

1981年毕业于兰州石油学校炼油机械专业,现任南阳石蜡精细化工厂副总机械师,工程师,已发表论文4篇。

动设备石油化工设备技术,2006,27(1) 32 Petro -Chemical Equipment T echnolog y表1 不同转速下轴承水平方向的振动值 m 轴承转速/(r min-1)10001500220026003000 1号15222940532号263559811123号283763841244号1213151825(2)汽轮机转子与定子同心度允差超标,发生碰磨,并引起轴承振动[2]。

使用听诊器仔细探听,却无任何碰磨声响,因此,这一因素可以排除。

(3)轴瓦间隙、润滑油温度等参数控制不[3]当。

查看检修记录,轴瓦间隙、瓦背紧力均符合《安装使用说明书》的要求,且操作记录、润滑油化验记录,润滑油的温度、粘度与过去多次开工时一致。

(4)现场测振仪表故障。

由表1可见,1号、2号、3号轴承的振动值都随转速的增加明显上升,而且上升的速率差别较大。

通过对测试仪表进行检测,结果证明仪表没有问题。

(5)转子结构设计不合理,存在动不平衡[4]。

解体后,未对转子进行任何修理或清垢,即本次检修转子的动平衡状态没有改变。

转子的径向跳动也不超标。

(6)半速涡动与油膜振荡。

涡动就是转子在随轴承做高速旋转的同时,还环绕某一平衡中心做公转运动。

半速涡动就是公转涡动频率近似为转速频率的一半。

据资料介绍,半速涡动是指涡动频率为0.43~0.48倍的转速频率[5]。

随着转速的升高,半速涡动成分的幅值逐渐增大,直至转速升到临界转速的二倍附近,涡动频率与转子临界转速频率相重合,于是,转子系统产生激烈的油膜共振,也就是油膜振荡。

通过认真分析,发生油膜振荡的可能性几乎没有[6]:原因一,机组的额定转速为3000r/min,临界转速为1855r/min(实际测量为2050r/m in),所以机组的工作转速远没达到临界转速的二倍,涡动频率与转子临界转速频率不会重合;原因二,润滑油温度和粘度对油膜振荡影响很大,可通过改变润滑油温度和粘度试图降低轴承的振动值,但结果收效甚微;原因三,本次检修1号、2号、3号、4号轴承(轴瓦)均未更换,其比压、紧力、间隙都按《安装使用说明书》中的参数控制。

(7)机组进、排气管线受热后产生变形,对汽轮机施加的外力较大,使机体原有的位置发生改变,同时改变了汽轮机与发电机的相对位置,影响到转子对中,造成振动。

1999年以来,先后开停机20余次,机组一直运行平稳,进、排气管线也没有任何改动或维修,这一因素基本可以排除。

在未找到故障原因的情况下,决定由简单到复杂解体查找振动原因。

首先从振动最大的2号、3号轴承入手,当复查对中数据时发现,水平偏差由开机前的0.02m m上升到0.18mm,垂直偏差由开机前的0.01mm上升到0.13m m。

于是把2号、3号轴承拆除,按步骤重新安装找正,所有参数都按该机组《安装使用说明书》的要求严格控制。

5月27日对机组进行空载试运,结果出现了与5月21日第一次试运时几乎一样的振动现象。

用H G-8904C旋转机械故障诊断系统,采集数据后进行幅域分析。

转速较低时,特征频率以2X、3X、4X为主,伴有1X和大于4X的高频,频率显示较乱,似乎是由多种原因引起的振动。

随着时间的延长,转速的提高,特征频率逐渐以2X为主,伴随1X、3X,还有更少的高频。

由此判定,振动大致原因为转子不对中。

通过上述分析,转子振动大很可能是温度升高、膨胀加剧引起的。

机组进、排气管线受热后膨胀或布置不合理,当汽轮机承受较大外力时,造成振动。

检测发现,当转速升到3000r/min时,汽轮机机体一侧抬起0.87mm(说明书要求该间隙为0.2m m),另一侧紧贴底座,即整个机体出现倾斜,发电机机体位置无改变,由此带来汽轮机与发电机转子对中偏差,引起振动。

当转速升高时,在对中不好的情况下,振动值就会随之增加;又因转速升高的同时,温度在升高,蒸汽量在加大,时间在延长,转子对中出现更严重的偏差,这是振动值上升越来越快的原因。

当转速较低时,蒸汽量较少,温度较低,膨胀量也小,对转子对中影响也就较小,此时观察特征频率分布较乱。

随着转速的升高,不对中最终成为振动的主要原因。

停机后,检查进、排气管线弹簧支架、吊架,发现以下几个问题:在与汽轮机机体抬起一侧相对应的进气管线弹簧支架,受力杆倾斜,弹簧间混有较多保温灰等杂物(大修拆保温时落入),影响弹簧的自由伸缩;进气电动阀两侧拉筋松紧不一(一33第27卷第1期李雨枫等.背压式汽轮机运行故障分析侧为断后焊接);拆卸汽轮机大盖螺栓时扭力很大(3m 长的加力杠,10人一起用力),造成机体来回晃动,起吊大盖时力量较大等,使机体与底座连接螺栓松动(间隙由0.2mm 增加到0.9mm)。

2.1.2 振动问题处理(1)调整进气电动阀两侧拉筋的预紧力;(2)矫正、清理与汽轮机机体抬起侧(从机头方向看为右侧)相对应的进气管线弹簧支架,使弹簧能够自由伸缩;(3)调整机体与底座连接螺栓的间隙为0.2m m,并锁紧;(4)重新对机组进行对中找正。

2.1.3 效果6月5日,进行了本次大修后的第三次开机,振动情况见表2。

表2 不同转速下轴承水平方向的振动值 m轴承转速/(r min -1)100015002200260030001号891316192号10121820243号10122021254号56101317由表2可以看出,轴承振动问题完全得到解决,所有轴承振动值都控制在要求范围内。

2.2 推力盘及4号轴承磨损问题6月5日开机后,振动值整体上没有明显变化,但4号轴承振动值逐渐变大,推力轴承温度慢慢升高。

到6月10日,轴承振动值上升到56 m,推力轴承温度由56 升到74 。

6月10日又一次停机检查,打开机头和4号轴承,发现推力瓦上部的4块瓦磨损较严重,推力盘受力面刮伤,最深处刮痕0.8mm ;轴瓦的耐磨涂层烧坏,相对应的轴径表面刮出宽40mm 、最深处0.7mm 的环形凹槽。

2.2.1 轴承磨损原因分析该机组投用以来第一次出现轴承烧瓦事故,为了查找原因,应该与过去每次小修及开、停工过程进行对比分析。

润滑油的牌号、温度、压力相同,其粘度变化不大,所以不是油膜厚度问题;轴承结构、转子重量及转速未改变,轴承间隙和紧力也符合安装要求,所以不应出现干摩擦。

排除这些因素后,对在用润滑油进行取样分析,结果见表3。

表3 润滑油化验结果润滑油牌号46号粘度(40 )/(mm 2 s -1)44.32水分,%痕迹机械杂质,%0.007酸值(KOH )/(m g g -1)0.19开口闪点/ 246破乳化值(54 )/m in12由表3可以看出,在用润滑油机械杂质超标(标准要求机械杂质应小于等于0.005%)。

原因分析如下:(1)本次检修中几次打开轴承箱和机头,所用再生布不符合规程要求,导致大量绵纱进入油中(跑油后在过滤网大量存在)。

(2)因急于开工投产发电,开机前跑油时间较短,机械杂质只达到0.005%即暧机冲转。

油中因检修带入的杂质过滤不彻底,油箱中的过滤网也来不及清洗。

(3)在敲击、铲刮时有杂物落入轴承箱内,加上灯光和轴承箱内空间的限制,对杂物的处理不彻底。

(4)轴承箱上、下盖之间密封胶涂抹过多,经挤压部分进入箱内,混入油中。

油中的机械颗粒(哪怕就有一颗粒子)被油带入摩擦副间隙,在轴的碾压下嵌入轴瓦表面,该硬质颗粒又刮下轴径母材再次嵌入轴瓦表面,如此往复,最终导致轴径严重刮伤。

推力盘的划伤也是如此。

2.2.2 磨损问题处理为了解决轴承磨损问题,对机组重新解体检修。

(1)将汽轮机转子运回生产厂,更换推力盘后,做转子动平衡。

(2)将发电机转子运往岳阳,用冷喷技术修复磨坏的轴径。

(3)对油系统进行彻底 大扫除 。

清洗所有过滤网、油箱、油冷却器,溶剂油加热后注入油管线循环,用蒸汽吹扫管线,用润滑油循环冲洗油系统后放净,再用仪表风吹扫油系统。