58姜愛群合成氣汽輪機(jī)汽流激振原因分析及處理經(jīng)驗(yàn)交流經(jīng)驗(yàn)交流合成氣汽輪機(jī)汽流激振原因分析及處理姜愛群(中石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司,南京210048)摘要通過對(duì)TK601汽輪機(jī)振動(dòng)跳車原因分析,根據(jù)汽流激振的機(jī)理與振動(dòng)特征,明確了機(jī)組產(chǎn)生汽流漖振的原因,并結(jié)合機(jī)組檢修,提出了防止汽輪機(jī)發(fā)生汽流激振的檢修、運(yùn)行方面的措施,為杌組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞汽輪機(jī);自激振動(dòng);汽流激振;振動(dòng)特征中圖分類號(hào)TQ051.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼BDoI10.3969/isn.100-6829.201301.021汽輪機(jī)發(fā)生自激振動(dòng)除了由支持軸承的油膜失表1TK60l汽輪機(jī)主要參數(shù)穩(wěn)造成之外,另一主要原因是蒸汽激振。為提高機(jī)組Tab 1 Main parameters of TK601 turbine熱效率,通常采用高溫、高壓進(jìn)汽機(jī)組,采用反動(dòng)式項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),汽輪機(jī)級(jí)間、動(dòng)靜之間的間隙很小,不均勻的進(jìn)汽壓力MPa排汽壓力MPa蒸汽流場(chǎng)產(chǎn)生較大的蒸汽干擾力,前后汽封、各壓力進(jìn)汽溫度/℃515級(jí)密封處都類似于氣體軸承,對(duì)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生各種排汽溫度/℃C415不正常的蒸汽干擾力—汽流激振力,其汽流激振進(jìn)口蒸汽質(zhì)量流量/h2力的大小隨著汽輪機(jī)的負(fù)荷增大而增大。當(dāng)負(fù)荷達(dá)額定功率/kW4910到一定時(shí),汽流激振力將超過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼,轉(zhuǎn)子最大功率kW6215產(chǎn)生自激振動(dòng),轉(zhuǎn)子一旦失穩(wěn),工藝條件的改善就不額定轉(zhuǎn)速/(r·min2)9780/10115能解決問題了。最大轉(zhuǎn)速/(r·min)1階臨界轉(zhuǎn)速/(r·min)50001機(jī)組性能參數(shù)與運(yùn)行情況2階臨界轉(zhuǎn)速r·mn15000某公司合成氣K601壓縮機(jī)組是合成氨裝置的調(diào)速范圍80%~105%關(guān)鍵設(shè)備,由意大利進(jìn)口,機(jī)組由TK601汽輪機(jī)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量/kg550K601離心式壓縮機(jī)組成,汽輪機(jī)和壓縮機(jī)通過膜片表2K601壓縮機(jī)主要參數(shù)式聯(lián)軸器聯(lián)接,機(jī)組安裝在同一公共底座上。Tab 2 Main parameters of TK601 compressorTK60l汽輪機(jī)是7級(jí)單缸背壓式,汽缸內(nèi)有1項(xiàng)目數(shù)據(jù)個(gè)整體式內(nèi)缸體,控制閥蒸汽室與外汽缸鑄成整體。進(jìn)口壓力(壓縮段/環(huán)段)MPa7.38/1308汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子除控制級(jí)外,其余6級(jí)葉輪都是反動(dòng)式,出口壓力(壓縮段/循環(huán)段)MPa13.08/393汽輪機(jī)前后端各有1只可傾瓦軸承,前端有1只金標(biāo)準(zhǔn)體積流量/470147斯伯雷止推軸承。K601壓縮機(jī)是2段9級(jí)筒式離心功率(壓縮段/循環(huán)段)/kW3512/1398壓縮機(jī)。壓縮機(jī)前后端各有1只可傾瓦軸承,非聯(lián)軸最大轉(zhuǎn)速/(r·min)9780器端裝有1只金斯伯雷止推軸承,壓縮機(jī)前后端各額定轉(zhuǎn)速(r·min)10115有1組干氣密封。機(jī)組技術(shù)性能參數(shù)如表1和表2。1階臨界轉(zhuǎn)速(r·min3900由于合成氣壓縮機(jī)組的TK601汽輪機(jī)軸封漏2階臨界轉(zhuǎn)速/(r·mn)汽,大量的蒸汽進(jìn)入潤滑油系統(tǒng),造成轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)增(8+1)中國煤化工大而使機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作跳車(聯(lián)鎖84μm保護(hù)報(bào)FLEXIBLECNMHG收稿日期:2012-11-282013年第20卷第1期化工生產(chǎn)與技術(shù) Chemical Production and Technology59警,130μm跳車),于2010年7月計(jì)劃停車修理,更向分布不均和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩徑向不平衡。一方面汽封腔換了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及軸封。內(nèi)壓力周向變化引起的激振力會(huì)形成渦動(dòng),由于渦運(yùn)行4個(gè)月后,在汽輪機(jī)汽缸低壓端接合面處動(dòng)是汽流引起的故稱它為汽流激振;另一方面轉(zhuǎn)子發(fā)生漏汽,汽輪機(jī)振動(dòng)聯(lián)鎖跳車。根據(jù)當(dāng)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)矩不平衡也會(huì)引起激振力,由于機(jī)組安裝、運(yùn)行中監(jiān)測(cè)結(jié)果,轉(zhuǎn)子跳車時(shí)存在較嚴(yán)重的動(dòng)不平衡狀況,汽缸跑偏轉(zhuǎn)子徑向位移等原因,轉(zhuǎn)子相對(duì)于汽缸發(fā)基頻為主軸心軌跡扁平,相位隨振動(dòng)變化,波形中生偏移,造成蒸汽在轉(zhuǎn)子上做的功徑向分布不平衡,有摩擦成分,屬于典型普通的強(qiáng)迫性振動(dòng)。引起轉(zhuǎn)子渦動(dòng),當(dāng)激振力大于系統(tǒng)阻尼力時(shí),轉(zhuǎn)子便2011年9月對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行解體修理,發(fā)現(xiàn)蒸汽會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)。室內(nèi)有白色粘性磷酸鹽,在空氣中易于風(fēng)化,軸封梳根據(jù)目前的研究結(jié)果,汽輪機(jī)汽流激振力通常齒上部有磨損,低壓端缸體結(jié)合面處有水銹痕跡因來自以下3個(gè)方面:轉(zhuǎn)子在偏心位置時(shí),由于汽封間懷疑白色粘性磷酸鹽結(jié)晶是造成動(dòng)不平衡振動(dòng)的原隙沿圓周方向不同,蒸汽在不同間隙位置處的泄漏因,故對(duì)汽輪機(jī)只進(jìn)行了常規(guī)檢修。量不均勻,因此使作用在各個(gè)位置轉(zhuǎn)子的圓周切向2012年1月TK601又出現(xiàn)軸封漏汽,高低壓端力不同,就會(huì)產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子中心的力,也稱為間隙軸封漏汽量逐漸增大,同時(shí)高低壓端X方向、Y方激振力;轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)偏心引起汽封腔室中蒸汽壓力向存在間歇性振動(dòng),振動(dòng)頻次增加的同時(shí)振動(dòng)值也分布的不均勻,其結(jié)果產(chǎn)生垂直于轉(zhuǎn)子偏移方向的達(dá)120m,機(jī)組一直帶病運(yùn)行,于2012年8月再次力;調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴進(jìn)汽的非對(duì)稱性引起不對(duì)稱的蒸汽對(duì)TK601汽輪機(jī)進(jìn)行大修。力作用在轉(zhuǎn)子上,在某個(gè)工況下其作用力可能是2故障現(xiàn)象及原因分析個(gè)向上抬起轉(zhuǎn)子的力。這3方面的合力使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)趨于不穩(wěn)定。21故障現(xiàn)象汽流激振主要特征是振動(dòng)敏感于負(fù)荷,且一般TK601汽輪機(jī)4個(gè)軸振測(cè)量通道值均出現(xiàn)振動(dòng)發(fā)生在較高負(fù)荷的大容量汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上。突發(fā)波動(dòng)現(xiàn)象,且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長,波動(dòng)頻率和幅度性振動(dòng)通常有一個(gè)門檻負(fù)荷,超過此負(fù)荷,就易激發(fā)越來越大;但波動(dòng)過后振動(dòng)均能恢復(fù)波動(dòng)前的水平汽流激振,而當(dāng)負(fù)荷降低至某一數(shù)值時(shí)振動(dòng)即能恢值。到2012年5月份,最高振值達(dá)122μm,初始振復(fù),有較好的重復(fù)性。發(fā)生嚴(yán)重汽流激振產(chǎn)生自激振動(dòng)大的值體現(xiàn)在低壓端的Y方向上,后來又出現(xiàn)在動(dòng)的振動(dòng)頻率低于轉(zhuǎn)子工作頻率,通常與轉(zhuǎn)子一階X方向上。振動(dòng)波動(dòng)時(shí),振幅快速上升,然后平滑下臨界轉(zhuǎn)速頻率相吻合,在絕大多數(shù)情況下振動(dòng)成份降,直至正常振值,前后持續(xù)時(shí)間約5min,穩(wěn)定狀以接近工作轉(zhuǎn)速一半的頻率分量為主態(tài)下,汽輪機(jī)4個(gè)點(diǎn)軸振通頻值較小。振動(dòng)發(fā)生時(shí),23原因分析軸振頻譜以0.87倍頻振動(dòng)為主,相位變化隨振動(dòng)變從機(jī)理上看,汽流渦動(dòng)和汽流激振與油膜渦動(dòng)化而恢復(fù)。和油膜振蕩是相似的,但由于油的可壓縮性較小,而根據(jù)某次數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)到的圖譜分析認(rèn)為,蒸汽的可壓縮性較大,所以汽流渦動(dòng)和汽流激振的TK601在發(fā)生振動(dòng)波動(dòng)前,06-09倍的頻率成分存頻譜范圍較寬。汽流渦動(dòng)和汽流激振故障的特征是在并加劇,此時(shí)轉(zhuǎn)子已受到了外力干擾屬于激勵(lì)振汽流渦動(dòng)頻率一般為06-0.9倍工頻,汽流激振頻動(dòng),在外力作用下繞性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心發(fā)率以接近轉(zhuǎn)子1階臨界轉(zhuǎn)速左右的低頻分量為主生較大偏移,當(dāng)偏移量達(dá)到一定時(shí),轉(zhuǎn)子和靜子發(fā)生頻帶較寬,并有高倍頻成分岀現(xiàn),與負(fù)荷密切相關(guān),摩擦,使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。振動(dòng)波動(dòng)出現(xiàn)時(shí),不僅低壓端在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈振動(dòng)吲。602X和602Y的振值較大,高壓端601X和601Y的l)TK60l汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生較大突變振動(dòng)時(shí),蒸2點(diǎn)也隨之波動(dòng)加大。隨著碰摩后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心回汽體積流量負(fù)荷均處在95th以上的高位,存在負(fù)到原始狀態(tài),干擾力的波動(dòng)逐漸消退,旋轉(zhuǎn)中心與幾荷敏感值的變化;雖然該機(jī)組容量不是很大,但何中心偏移量變小,摩擦逐漸變?nèi)?振動(dòng)變小直至平TK601轉(zhuǎn)子質(zhì)量很輕,較小的間隙激振力即可引發(fā)穩(wěn)在每次突變振動(dòng)發(fā)生時(shí)汽輪機(jī)蒸汽質(zhì)量流量均轉(zhuǎn)子較大的V中國煤化工寺征相吻合因處在95訕h以上的高位,存在敏感值的變化。諧圖中的成CNMHG7倍頻為主看22汽流激振機(jī)理與振動(dòng)特征不出油膜剛度不夠引起的油膜渦動(dòng)頻率04-0.8引起汽流激振的機(jī)理主要是密封間隙內(nèi)壓力徑倍工頻的頻率,而是符合汽流渦動(dòng)和汽流激振的振姜愛群合成氣汽輪機(jī)汽流激振原因分析及處理經(jīng)驗(yàn)交流動(dòng)特征圍題尋求解決的思路和方法。針對(duì)TK601存在的缺2)根據(jù)汽流激振機(jī)理及振動(dòng)特征分析,K601陷,重點(diǎn)檢查了汽缸中分面貼合情況、聯(lián)軸器對(duì)中情汽輪機(jī)在較高負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)存在蒸汽的汽流渦況、轉(zhuǎn)子各處徑向跳動(dòng)和瓢偏、轉(zhuǎn)子與缸體同心度、動(dòng)和汽流激振,并分析認(rèn)為軸封處產(chǎn)生汽流渦動(dòng)和徑向瓦頂隙及緊力等。汽流激振的可能性最大。汽缸或轉(zhuǎn)子偏移使汽缸與修理中發(fā)現(xiàn)TK60l低壓側(cè)中分面存在水跡、蒸轉(zhuǎn)子同心度偏差大造成動(dòng)靜間隙不均,主蒸管道與汽噴嘴室有碰擦、平衡活塞汽封齒有磨痕轉(zhuǎn)子聯(lián)軸汽缸連接不對(duì)中導(dǎo)致汽缸扭曲偏斜聯(lián)軸器不對(duì)中、器對(duì)中偏差較大、汽缸有一定的變形等主要問題處軸瓦穩(wěn)定性差(軸瓦頂隙過大、潤滑油粘度高、軸承理措施如表3標(biāo)高變化),軸封徑向間隙偏差,汽缸膨脹不暢使得動(dòng)靜間隙徑向分布不均等,均會(huì)引起轉(zhuǎn)子的蒸汽壓4結(jié)束語力沿周向分布不均勻,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩沿徑向不平衡,使轉(zhuǎn)TK601汽輪機(jī)自檢修完成2012年9月8日開子產(chǎn)生渦動(dòng),嚴(yán)重時(shí)誘發(fā)高負(fù)荷下低頻汽流激振車以來,沒有出現(xiàn)突發(fā)異常振動(dòng),軸振均穩(wěn)定在203汽流激振主要發(fā)生在機(jī)組帶80%額定負(fù)荷以μm以內(nèi)但軸封仍有輕微漏汽。上,機(jī)組功率越大,發(fā)生汽流激振的概率越大。有些氣流渦動(dòng)和汽流激振是由蒸汽激振力誘發(fā)在汽機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)發(fā)生激振滿負(fù)荷時(shí)激振卻消失,或輪機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的一種自激振動(dòng),使軸系穩(wěn)定性降滿負(fù)荷時(shí)正常降負(fù)荷至某區(qū)間后又發(fā)生激振,這主低,產(chǎn)生很大的低頻振動(dòng)誘發(fā)轉(zhuǎn)子失穩(wěn),影響機(jī)組要是由于在高負(fù)荷階段配汽不當(dāng)引發(fā)了較大不對(duì)稱運(yùn)行的安全和可靠性。由于汽輪機(jī)產(chǎn)生低頻汽流激的蒸汽力和力矩,誘發(fā)轉(zhuǎn)子失穩(wěn),而滿負(fù)荷時(shí)進(jìn)汽相振的原因很多、情況復(fù)雜需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體對(duì)均勻激振力較小,這與汽流激振受負(fù)荷影響的特分析。實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)禁采用降低主蒸汽壓力、增加征并不矛盾。主蒸汽流量方式提高負(fù)荷,控制潤滑油溫度接近額4)因振動(dòng)波動(dòng)時(shí),振幅加大時(shí)間持續(xù)了5min定值、調(diào)整軸封參數(shù)抑制振動(dòng)。安裝檢修時(shí),重點(diǎn)應(yīng)左右時(shí)域波型中存在明顯的雙截頭形狀,可判斷存調(diào)整軸瓦頂間隙、軸承標(biāo)高汽封間隙防止漏汽造成在摩擦故障。汽缸偏移變形,調(diào)整轉(zhuǎn)子與汽缸的同心度使圓周方5造成TK60汽輪機(jī)漏汽的原因較多,但主要向動(dòng)靜間隙均勻存在以下幾種可能:滑銷系統(tǒng)卡澀引起汽缸膨脹變參考文獻(xiàn)形、軸封徑向間隙偏差汽缸與轉(zhuǎn)子同心度偏差大及(梁國斌合成氣壓縮機(jī)改造后汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析大聯(lián)軸器不對(duì)中。氮肥,2009,32(2):81-842]張學(xué)延,王延博張衛(wèi)軍.大型汽輪機(jī)汽流激振問題的分析3處理措施和處理熱力發(fā)電,2004,33(2):47-552012年8月,對(duì)TK60汽輪機(jī)及K601壓縮機(jī)(3]魯啟蓉.離心壓縮機(jī)亞異步振動(dòng)故障的診斷門中國科技干氣密封進(jìn)行計(jì)劃大修,修前與汽輪機(jī)制造廠進(jìn)行信息,2005(24A):121技術(shù)交流針對(duì)TK601存在的漏汽及汽缸變形等問宋光雄,陳松平,宋君輝,等汽輪機(jī)組汽流激振故障原因及分析J動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2012,32(10):770-778表3修理中發(fā)現(xiàn)的主要問題及措施Tab 3 Main problems and measures found in repairing故障現(xiàn)象原因措施TK601噴嘴室下部與平衡活塞汽封有碰擦轉(zhuǎn)子同心度及聯(lián)軸器對(duì)中偏差大重新調(diào)整汽缸同心度及汽封徑向間隙TK601轉(zhuǎn)子與汽缸同心度上下偏差大機(jī)組因熱膨脹不均勻產(chǎn)生擠壓應(yīng)力,造成調(diào)整汽缸同心度(上下005mm,左右(027mm),聯(lián)軸器對(duì)中上下偏差大機(jī)組發(fā)生膨脹不均與偏移0.025mm),聯(lián)軸器冷態(tài)對(duì)中(端面<(0.70mm)005mm,徑向<040mm)至要求范圍汽缸低壓側(cè)中分面存在水跡汽缸存在一定量變形(空扣缸接合面中國煤化工時(shí)適當(dāng)增大接合況尚可)CNMHG汽封磨損漏汽轉(zhuǎn)子與汽封徑向間隙偏差較大更換汽封,調(diào)整汽封凹窩中心,保證徑向間隙均勻