汽动给水泵油膜振荡故障分析与治理.pdf
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1、第 4 4卷第 3期 2 0 1 5年 9月 热 力 透 平 THERMAL TURBl NE Vo 1 4 4 No 3 Se p 2 0 1 5 文章编号 : 1 6 7 2 5 5 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 2 1 5 0 5 汔动给水泵油膜振荡故喧分析与治理 屈 斌 , 张 宁 , 甘智勇 , 马会云。 , 杜茂海 , 张 利 ( 1 国网天津市电力公司电力科学研究院, 天津 3 0 0 3 8 4 ;2 天津军粮城发电有限公司, 天津 3 0 0 3 O O ) 摘要:某台2 0 0 MW 汽轮机机组的汽动给水泵组在运行中多次出现振动突增并导致跳闸的情况, 通过对此
2、 故障进行分析诊断确认为油膜涡动所致, 并在 多次治理与现场试验中最终找到故障根 源为基础的不均沉降, 通过采 用减 小轴承顶部间隙的方法将故障成功排除 。 关键词:汽动积水泵;故障诊断;油膜涡动; 振动 中图分 类号 : T K2 6 9 文献标识码 :A d o i :1 0 1 3 7 0 7 j c n k i 3 1 1 9 2 2 t h 2 0 1 5 0 3 0 1 6 Ana l y s i s a nd Tr e a t me nt o f Oi l Fi l m Os c i l l a t i o n Fa i l u r e o f a S t e a m- Dr i
3、 v e n Fe e d Pu mp QUBi n ,ZHANG Ni n g ,CAN Zh i y o n g , MA Hu i y u n ,DUMa o h a i 。 ,ZHANG Li ( 1 S t a t e G r i d T i a n j i n E l e c t r ic P o w e r S c i e n c e& R e s e a r c h I n s t it u t e , T i a n j i n 3 0 0 3 8 4 , C h i n a ; 2 T ia n j in J u n l i a n g c h e n g P o w e
4、r C o , L t d , T i a n j i n 3 0 0 3 0 0 , C h i n a ) Abs t r a c t: Th e s u d d e n i n c r e a s e o f v i b r a t i o n h a p p e n e d ma n y t i me s d u r i n g t h e o p e r a t i o n o f a s t e a m d r i v e n f e e d p u mp f o r a 2 0 0 MW s t e a m t u r b i n e a n d l e a d t o t h
5、e u n i t t r i p p i n g I t wa s a f f i r me d t h a t t h e c a u s e o f t h e f a i l u r e wa s t h e o i l f i l m wh i r l b y d i a g n o s i s a n d a n a l y s i s ,a n d t h e u n e v e n s e t t l e me n t o f f o u n d a t i o n wa s v e r i f i e d a s t h e f a i l u r e s o u r c e
6、 a f t e r ma n y t i me s o f t r e a t me n t a n d t e s t s Th e f a i l u r e wa s s u c c e s s f u l l y e l i mi n a t e d b y d e c r e a s i n g t he ga p on t op of t he b ea r i ngs Ke y wo r d s : s t e a m- d r i v e n f e e d p u mp ;f a i l u r e d i a g n o s i s ;o i l f i l m wh i
7、 r l ;v i b r a t i o n 1 机组概况 某 2 0 0 MW 机组汽动给水泵为 2 0 0 7 年加装的 全容量泵组。小汽轮机型号为 T G QO6 7 一 l , 由北 京电力设备总厂制造, 采用全周式进汽。给水泵由 沈阳水泵股份有限公 司制造 。汽动给水泵组共有 4个轴承均为圆筒瓦, 其 中 1 、 2号轴承支撑汽轮机 转子, 3 、 4 号轴承支撑给水泵转子, 1 、 2号轴承配备 了轴振传感器。小汽轮机转子为整锻实心转子与 给水泵转子采用叠片式挠性联轴器进行连接。给 水泵组与主机一同坐落于 1 8 1 T I 平台上。 2 故障分析诊断 2 0 1 4年初 , 该
8、机组 1号 、 2号 轴承轴振 幅值 开始 出现振动 突然 增大 的情 况 , 多发 于高 负荷 工况下 , 且最大振 幅呈现逐渐 升高 的趋势 , 未 出 现振动增 大 时轴振 幅值 则基 本 维持 在 2 O 3 O m 之 间 。 2 0 1 4年 4月 8日, 该机 组振动 再 次突然 增 大, 2 号轴振 X 向振幅达到 1 5 0 m, 触发了保护 导致跳 闸。其他 1号 X、 1号 y、 2号 y振 幅也都 达到 1 0 0 m 以上, 跳 闸时汽轮发 电机组 负荷为 1 8 0 M W 。 针对这一问题 , 利用专业仪器对小汽轮机 的 振动情况进行监测分析 。4月 9日启动汽动
9、给水 泵 , 在转速升至 4 8 0 0 r rai n之前 , 1号 、 2号轴振 均维持在 2 0 3 0 m 的较低水平 , 包括过临界在 内的最大幅值不超过 4 0 m, 但当转速升到 4 8 0 0 r rai n时 , 1号、 2 号振幅突然上升 , 最大振幅出现 在 1号 瓦 , 达 到 8 2 m。而 当转 速 达 到 5 0 0 0 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 3 2 7 修订 日期 : 2 0 1 5 0 5 2 7 作者简介 : 屈斌 ( 1 9 8 7 一 ) , 男 , 毕业于北京科技大学 , 大学本科学历 , 助理工程师 , 现从事旋转机械振动故 障诊 断领
10、域工作 。 l ll 圜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 汽动给水泵油膜振荡故障分析与治理 r mi n 以上时 , 振动幅值又恢复至之前水平 。图 1 所示为此次启动的波德图。 转速 r mi n 图 1 小汽轮机启动波德图 由图 1可见 , 在 4 8 0 0 r mi n至 5 0 0 0 r rai n 的转速区间内, 通频振幅( 上部曲线 ) 较其他转速 下的明显升高。汽轮机转子的临界转速分别为 , 一 阶: 2 5 5 0 r mi n , 二阶: 1 2 2 2 0 r rai n , 显然 , 这里 振幅的升高并不是过临界造成的 , 而
11、且在通频振 幅升高的时候基频振幅值并未升高而是继续维持 在较低水平。这说明整体振幅的升高是由其他频 率分量造成的, 需要观察频谱图做进一步分析。 图 2为振 幅最 大 时的频 谱 图, 此 时转 速 为 4 8 2 4 r mi n , 一倍频频率为 8 O 4 0 Hz , 幅值 3 9 m, 左侧较高的峰值为半频分量, 其频率为4 0 2 0 H z , 幅值 7 8 3 肚 m。通过对比图谱中半频与一倍频的 大小可见此时的通频振幅绝大部分为半频成分。 8 O 6 0 蔷4 0 2 0 0 I : : : : I : : : : I : : : : : I : : : : I : : :
12、: I : : : : I : : : : I : : : : I : : : : : l : : : : I : : : : I : : : : 1 : : : : I : : : l : : : : : I : : : : I : : : : l : : : : l : : : : I : : : : I : : : : I I l O 5O 1 0 o 1 5 0 频率, Hz 图 2 振动故障频谱图 图 3为振动故障发生前的频谱图, 此时转速 为 4 5 6 8 r rai n , 通频振 幅 3 2 9 6 , m, 基 频振 幅 2 6 2 5 m。半频处也有 幅值 出现但很小 ,
13、 约为 1 m。通过对 比振动故障发生前后 的频谱图不难 发现 , 振幅突然升高是 由于半频分量的突增造成 的。在随后 的监测 中发现 , 给水泵转速在运行 中 反复升 降 的过 程 中, 每 次 经过 或 停 留于 4 8 0 0 r mi n 附近时均会出现振动升高的情况 , 且同样为 半频突增所致 。 至此可 以归纳该机组 振动故 障存在 以下特 点 : 瞄II 1 1 : : : : I : : : : I : : : : J : : : : : : : : I : : ; : ; : 。 : : : : I : : I : : ; I : : : : : : : : I : : :
14、: : I : : : : : : I : : : : : : I : : 。 : : : l : : : : : l : : I 5 0 1 0 n 1 n 9 t 频 翠 H z 图 3 未发生故障时频谱图 ( 1 ) 振动增大与转速有关, 且发生于 4 8 0 0 r mi n 附近 。在此基础上转速升高或降低振 动均 恢复正常。( 2 ) 振动故障发生时振幅以半频 分量 为主。( 3 ) 未发生振动故障时机组振动幅值较低 。 ( 4 ) 振动增大具有突发性 。 由半频分量引起 的振动故障原因多为油膜涡 动或汽流激振, 而汽流激振多发生在高参数 的大 中型机组上 , 该小汽轮机采用 4抽
15、的低参数蒸汽 , 产生该类故障的可能性不大。此外汽流激振一旦 出现振动将随着工况的升高而升高, 不应出现进 汽量增大而反振动恢复正常的情况口 。为进一步 论证故障原因为油膜涡动, 排 除汽流激振 的可能 性 , 我们进行 了变油温试验 。在保证机组其他运 行参 数 不 变 的前 提 下 首 先 稳 定 转 速 至 4 8 0 0 r rai n 以激发振动故障, 然后将润滑油供油温度从 当前的 4 1开始每 5 mi n升高 1直到升至为 4 5, 之后将供油温度 降低 , 同样每 5 rai n降低 1 直到降至 3 6。以 1 号轴振为例 , 变油温试验 数据如下表所示 。 表 1 变油温
16、试验数据 来油温度 振 幅 , m 1 号轴振随来油温度的升高而下降 , 随下 降 而升高 , 考虑到机组安全只将温度降低到 3 8 。 这种现象是典型的油膜涡动的特征。油膜涡动是 一 种 自激振动, 假设 1 根不受任何载荷 、 完全平衡 的理想转轴在高速转动时, 其轴径中心应与轴承 中心重合。如果转轴受到外界扰动 , 就会使轴径 粥 蛆 们 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽动给水泵油膜振荡 故障分 析与治理 热力透平 中心偏离轴承中心一个小位移, 轴径在轴承 中的 位置见图 4 。此时 , 偏离轴 承 中心 的轴径将受 到 油膜弹性恢复力 的作用 , 以迫
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