某300MW机组给水泵汽轮机振动分析及处理.pdf

第 5 7卷 第 3期 2 0 1 5年 6月 汽轮机技术 TURBI NE T ECHNOLOGY Vo l _ 5 7 No 3 J u n 2 01 5 某 3 0 0 M W 机组给水泵汽轮机振动分析及处理 钟 晶亮， 王家胜， 张世海 ( 贵 州电力试验研究院， 贵 阳 5 5 0 0 0 2 ) 摘要： 通过一起给水泵汽轮机振动异常的分析， 提出了该汽轮机振动的主要原因为排汽管膨胀受限及缸体疏水不 畅， 提出了相应的处理方案并实施 ， 确保了该给水泵汽轮机的顺利冲转和带负荷。事故分析结论和处理方案对于 同类汽轮机的安装、 运行和调整都有很好的借鉴。 关键词： 给水泵汽轮机； 振动； 排汽管 分类号： T K 2 6 7 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 4 3 2 2 5 - 0 2 T h e Vi b r a t i o n An a l y s i s a n d T r e a t me n t t o o n e S t e a m Tu r b i n e o f F e e d Wa t e r P u mp Us e d f o r a 3 0 0 MW Un i t Z HON G J i n g l i a n g ，W ANG J i a s h e n g ，Z HANG S h i h a i ( G u i Z h o u E l e c t r i c P o w e r T e s t & R e s e a r c h I n s t i t u t e ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y t h e v i b r a t i o n a n a l y s i s o f a s t e a m t u r b i n e o f f e e d wa t e r p u mp u s e d f o r a 3 0 0MW u n i t ，t h i s p a p e r p r o v i d e s t h a t t h e e x p a n s i o n o f t h e e x h a u s t p i p e o f t h e s t e a m t u r b i n e i s r e s t r i c t e d a n d i t s d r a i n s y s t e m i s b l o c k e d wh i c h i s ma i n r e a s o n s o f t h e ma l f u n c t i o n Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e c o n c r e t e d i s p o s al me a s u r e s a n d p u t i t i n p r a c t i c e ，w h i c h d e al wi t h t h e ma l f u n c t i o n s u c c e s s f u l l y T h e a n aly s i s a n d t r e a t me n t me a s u r e s o f t h e s t e a m t u r b i n e c a n b e g o o d r e f e r e n c e for t h e s a me t y p e t u r b i n e Ke y wo r d s ： s t e a m t u r b i n e o f f e e d wa t e r p u m p； v i b r a t i o n； e x ha u s t s t e a r a p i p e 0 前言 给水泵汽轮机在 3 0 0 M W 以上容量火电机组 中大量应 用。该类型汽轮机体积小、 重量轻、 刚度小 ， 运行工况更复 杂、 更恶劣， 常常由于膨胀受限、 受热不均导致振动 ， 或者 由于基础刚度不够带来振动 。另外， 由于给水泵汽轮机与 给水泵同步运行 ， 给水泵结构精密、 水动力工况波动大， 受给 水泵的影响， 导致给水泵汽轮机振动增加 j J 。 1 系统简介 某 3 0 0 M W 机组配置 3套给水泵组 ， 包含两台5 0 B MC R 容量汽动给水泵组和一 台3 0 B MC R容量电动调速给水泵 组。汽动给水泵组的主给水泵由小汽轮机驱动。 给水泵汽轮机使用东方汽轮机有限公司生产的单轴 、 单 缸、 辅助蒸汽外切换、 变转速、 凝汽式锅炉给水泵汽轮机 ， 汽 动给水泵采用沈阳透平机械有限公司生产的 C H T C 5 6 S P一 3 型多级离心泵。给水泵汽轮机正常工作汽源( 即低压汽源) 采用四段抽汽， 备用汽源( 即高压汽源) 采用再热冷段蒸汽。 当机组负荷较低 ， 低压汽源无法维持汽轮机转速时， 开启蒸 汽切换阀， 利用再热冷段蒸汽参与做功， 以维持给水泵汽轮 辅助蒸汽作为调试汽源。 2 设备技术规范 给水泵 汽轮 机型号为 G 6 60 8 2型 ， 共有 6级 ( 含调 节级) ， 低压汽源进汽参数为0 7 8 8 MP a 3 4 3 8 ， 排汽压力 7 0 6 k P a 。采用数字电液调节( ME H) 系统进行调节。给水泵 汽轮机额定功率3 3 0 3 k W， 最大功率3 9 3 8 k W， 额定转速为 5 2 5 0 r m i n ， 转速调节范围为3 l O 0 r mi n一5 9 0 0 r m i n ， 一阶临 界转速为2 6 2 0 r m i n ， 二阶临界转速为9 2 3 3 r mi n 。采用电子 遮断， 脱扣转速为6 3 2 7 r m i n 。 3 运行过程概述 2 0 1 3年 4月 1 2日， B给水泵汽轮机进行单机试转， 冲转 参数如下 ： 压力0 6 MP a ， 温度 2 8 0 C， 凝汽器真空 一 6 6 8 2 k P a ， 润滑油母管压力0 1 4 MP a ， 润滑油温度 4 0 。 2 0 1 3年 4月 1 2日2 1 ： O 8 ， B给水泵汽轮机开始冲转， 汽 源为给水泵汽轮机调试用汽， 目标转速 7 0 0 r mi n ， 升速率 2 0 0 r m i n m i n ， 2 1 ： 1 3转速升至 7 0 0 r ra i n ， 进行低速暖机。按 照厂家运行说明书， 2 1 ： 3 5结束低速暖机后开始升速， 目标转 速2 3 0 0 r m i n ， 升速率 2 0 0 r mi n mi n 。在 B给水泵汽轮机转 速升至 1 6 5 5 r mi n时， 2号 方 向振 动大跳 机 ( 最 大值 1 2 8 1 x m， 定值 1 2 5 m) ， 给水泵汽轮机转速降到零后， 投入盘 车； 2 3： 0 1 A给水泵汽轮机开始冲转， 冲转参数及冲转流程与 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 2 1 3 作者简介： 钟晶亮( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 硕士研究生， 高级工程师， 从事汽轮机系统及相关试验研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 6 汽轮机技术 第 5 7卷 B给水泵汽轮机相同， 2 3 ： 0 7 A给水泵汽轮机转速升至 7 0 0 r mi n 后进行低速暖机。2 3 ： 1 3 A给水泵汽轮机低暖机结束 ， 开始升速， 目标转速2 3 0 0 r m i n ， 升速率 3 0 0 r mi n m i n ， A给 水泵汽轮机转速升至1 7 2 0 r mi n时， 1 号 振动大跳机( 最大 值 1 2 5 Ix m， 定值 1 2 5 Ix m) 。 2 0 1 3年4月 1 4日， 在对 A B给水泵汽轮机排汽管弹簧 支座进行调整后再次冲转。1 1 ： 4 5 A给水泵汽轮机挂闸， 目 标转 速 7 0 0 r m i n ， 升 速率 2 0 0 r m i n m i n， 1 1 ： 4 5转速 升 至 7 0 0 r rai n进行低速暖机。1 1 ： 5 2 B给水泵汽轮机挂闸冲转， 目标转速 7 0 0 r m i n ， 升速率 2 0 0 r mi n m i n ， 1 1 ： 5 8转速升至 7 0 0 r mi n ， 进行低速暖机。1 2 ： 5 2 B给水泵汽轮机低速暖机 结束， 开始升速 ， 目标转速2 3 0 0 r mi n ， 升速率 2 0 0 r mi n m i n ， 转速升至l 8 9 0 r m i n时， l 号x振动大跳机( 最大值 1 2 6 m) ， 在转速降至零后投入盘车。1 3 ： 0 8 A给水泵汽轮机开始升 速， 目标转速2 3 0 0 r m i n ， 升速率 6 0 0 r mi n mi n ， 转 速升至 2 1 5 2 r mi n时， 1 号 和 2号 振动均大跳机( 其中 1号 ： 1 3 4 m， 2号X： 1 3 3 I x m) ， 转速到零投入盘车。 对 A B给水泵汽轮机台板进行调整后， 于 2 0 1 3年 4月 1 7 E t 再次冲转。l 2 ： 3 8 A给水泵汽轮机开始冲转 ， l 2 ： 4 3转 速升至 7 0 0 r ra i n ， 1 3 ： 0 2转速升至2 2 0 0 r m i n ； 1 3 ： 5 4 A给水 泵汽轮机转速升至3 1 0 0 r m i n ； 1 4 ： 3 6做 ME H电超速试验 ( 定值改为3 4 0 0 r m i n ) ， 跳闸成功， 当 A给水泵汽轮机转速 低于2 2 0 0 r m i n时再挂闸冲转， 但振动突然增大跳机 ， 转速降 至零投入盘车； 于 1 5 ： 0 9和 1 7： 3 7进行了两次冲转， 皆因振 动大跳机。1 3 ： 2 1 B给水泵汽轮机开始冲转， 1 3 ： 2 4转速升 至7 0 0 r m i n ， 1 4 ： 5 3 B给水泵汽轮机升目标转速22 0 0 r mi n ， 1 5 ： 0 2 B给水泵汽轮机转速升至22 0 0 r mi n ， 进行中速暖机， 在暖机过程中， 2号 振动大跳机 ( 最大值 1 2 5 m) ， 转速降 至零 ， 投盘车， 于 1 6： 5 7再冲转， 在升 目标转速2 0 0 0 r mi n的 过程中， 1 号轴承振动大跳机( 振动值： 1 2 6 m) ， 转速降至零， 投入 盘车 。 2 0 1 3年 5月 0 2日， A B给水泵汽轮机在重新安装疏水 管道后再次冲转， 1 5 ： 0 4 B给水泵汽轮机转速 升至3 2 0 0 r mi n ， 1 5 ： 4 9 B给水泵汽轮机转速成功升到5 0 0 0 r m i n ，B 给水泵汽轮机单体试转所涉及本体试验全部成功完成。1 7 ： 2 8 A给水泵汽轮机开始冲转， 1 8 ： 0 9转速升至3 2 0 0 r m i n ， 1 8 ： 4 8做 T S I 超速试验， 试验成功， 动作值为5 0 0 0 r m i n ， A给 水泵汽轮机单体试转全部成功完成。 4 小汽轮机振动大分析及处理 4 1 给水泵汽轮机支撑及台板调整存在问题 在进行小汽轮机首次试运前， 发现小汽机岛与汽机平台 相连 ， 告知安装公司敲掉小汽机岛与汽机平台相连接部分 ， 使小汽机岛独立。 4 2 给水泵汽轮机排汽管支撑不均膨胀受限导致顶缸 东方汽轮机厂生产的给水泵汽轮机， 其排汽管与缸体刚 性连接， 没有膨胀节。按照设计， 在整个启动过程中， 排汽管 在排汽口处的膨胀方向应该向下， 与凝汽器连接处排汽管的 膨胀方向应该为向上并向炉侧和调端。 ( 1 ) 在首次试运冲转因小汽轮机振动大跳机后， 检查发 现给水泵汽轮机排汽管的弹簧支座没有按照设计要求布置， 各支点弹簧支座的受力方向及预紧力均不符合要求。 ( 2 ) 按照设计 ， 由于排汽管的膨胀方向向下， 小汽轮机缸 体应该始终坐在台板上 ， 缸体螺栓应该始终留有间隙， 这样 才能保证缸体在水平方向自由滑动。但在首次冲转期间， 发 现缸体螺栓紧死 ， 分析是由于排汽管受到弹簧支座限制， 不 能向下 自由膨胀 ， 导致排汽管向上膨胀 ， 造成顶缸， 缸体膨胀 受限， 引发振动。 针对以上两个问题， 一方面要求安装公司严格按制造厂 要求布置和调整弹簧支座， 在给水泵汽轮机冲转后， 密切检 查排汽口正下方排汽管的弹簧支座 ， 使之与排汽管支撑座耳 之间始终保留 1 m m一 2 ra m间隙， 保证排汽管向下 自由膨胀； 另外， 在给水泵汽轮机暖机过程中严密监视缸体螺栓， 一旦 螺母过紧就及时松开螺栓。 4 3 给水泵汽轮机疏水不畅 东汽厂该型小汽轮机设计有形似盲肠的缸体疏水引出 管。该引出管管 口出厂时已封闭， 需要在现场切开管口并引 出输水管。这样 的设计极易造成安装单位误解和忽视。经 检查发现， 安装公司未安装该路疏水 ， 导致在冲转过程中缸 体疏水不畅， 引起振动。 4 4 两台给水泵汽轮机疏水并列运行造成疏水冲击 在发现缸体疏水管道没有安装后 ， 安装单位立即进行治 理。但在改造过程中， 又将两台给水泵汽轮机的缸体疏水管 道汇总在一起 ， 导致运行期间两台给水泵汽轮机的缸体疏水 互相排挤， A给水泵汽轮机冲转至3 1 0 0 r mi n运行正常期间， B给水泵汽轮机疏水受到运行的 A给水泵汽轮机影响仍然 疏水不畅， 而 A给水泵汽轮机在停机过程中， 则受到 B给水 泵汽轮机疏水的冲击 ， 造成 A给水泵汽轮机无法再次冲转。 最终 ， 将各给水泵汽轮机的缸体疏水分别引入疏水集管。 在对给水泵汽轮机采取了上述措施后 ， 小汽轮机试运非 常平稳、 顺利 ， 在以后的汽泵组试运中， 没有发生振动问题。 5 结论 ( 1 ) 对于排汽管与缸体刚性连接的小汽轮机， 排汽管能 够 自由膨胀非常重要。在安装、 检查、 试运期间， 应始终检查 并保证排汽管能够 自由膨胀。 ( 2 ) 小汽轮机由于缸体轻， 容易发生顶缸现象。应加强 检查和调整 ， 确保缸体始终坐在台板上， 并能够在水平方向 自由膨胀和滑动。 ( 3 ) 疏水至关重要， 应检查清楚并正确连接疏水 ， 两台给 水泵汽轮机的疏水管道一定不可合并。否则， 一方面在运行 期间两台给水泵汽轮机的疏水易互相排挤 ， 导致其中一台给 水泵汽轮机疏水不畅； 另一方面在停机后易造成疏水窜动， 使正常停运的给水泵汽轮机在停机过程中受到另一台给水 泵汽轮机疏水的冲击。 参 考 文 献 1 林华春某 电厂 1号机 组给水 泵汽轮机 振动故 障分析及 处理 J 广东 电力 ， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 1 0 31 0 5 ( 下转第 1 6 4页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 4 汽轮机技术 第 5 7卷 2 5 2 5 5 0 5 0 M 7 5 7 5 M 1 0 0 1 0 0 非常低 低 一 般 高 非常高 临界转速处 的振动小 ， 临界转速特征不明显 振动小并且稳定 可接受 的水平 ， 振动一般 ， 并 能通过 动平衡小幅调整 对不平衡量敏感度高 ， 在许 多情 况下需现场动平衡 对不平衡敏感度非常高， 须避免在这种状态下工作 圈 g 翟 嶙 ， ： I c| 、 ， =2 5 凡 、 、 一 - -一一， 一 坼 = 1 0 图 4 类型 机器的模态灵 敏度范 围 从图4中可以看到， 在共振转速时的放大因子不变情况 下， 随着工作转速远离共振转速， 转子系统变得对不平衡量 越来越不敏感。在工作转速和共振转速比不变的情况下 ， 随 着模态阻尼比的增大 ， 共振转速时的放大因子减小， 转子系 统变得对不平衡量越来越不敏感。 2 标准 I S O 1 0 8 1 4在某1 0 0 0 MW 汽轮发 电 机组转子轴承系统中的应用 计算了某1 0 0 0 MW汽轮发电机转子系统 的阻尼临界转 速及对应共振转速下的模态灵敏度 ， 计算结果见图 5所示。 计算结果表明该转子系统的各阶临界转速均处于中等敏感 度机器灵敏度的A区， 即灵敏度非常低 ， 说明该转子系统具 冒 吾 晕 褂 幅 噻 图 5 某 l 0 00MW 机组 的临界转速及共振转速下灵敏度 有较好的动力学特性。 3 结束语 本文以国际标准 I S O 1 0 8 1 4“ 机械振动 一机器不平衡敏 感度和不平衡灵敏度” 为例， 将复杂转子系统在共振转速附 近等效为单 自由度系统， 从稳态响应角度推导出了模态灵敏 度的计算公式， 解释了其物理含义。从频响函数角度给出了 基于奈奎斯特图法试验确定某个共振转速下模态灵敏度的 理论依据。采用半功率点法， 推导出了基于波德图方法试验 确定某个共振转速的模态灵敏度的计算公式。揭示了该标 准所蕴含的力学原理。 计算了某1 0 0 0 MW机组的临界转速和共振转速下的模 态灵敏度， 研究表明该转子系统的各阶临界转速均处于中等 敏感度机器灵敏度的 A区， 即灵敏度很低 ， 具有较好的动力 学特性。本文研究工作对相关 国际标准的理解和灵活应用 有参考价值。 参 考 文 献 1 I S O 7 9 1 92： 2 0 0 1 Me c h a n i c a l v i b r a t i o n E v a l u a t i o n o f Ma - c h i n e V i b r a t i o n b y Me a s u r e m e n t s o n R o t a t i n g S h a f t s P a r t 2 ： L a n d b a s e d S t e a m Tu r b i n e s a n d G e n e r a t o r s i n Ex c e s s o f 5 0MW wi t h No r ma l Op e r a t i n g S p e e d s of 1 5 0 0r mi n， 1 8 0 0r mi n， 3 0 0 0r mi n a n d 3 6 00r mi n S 2 0 0 1 2 I S O 1 0 8 1 6 2： 2 0 0 1 Me c h ani c al v i b r a t i o n E v a l u a t i o n o f Ma c h i n e Vi b r a t i o n b y Me a s u r e me n t s o n No nr o t a t i n g p a r t s Pa rt 2： La n db a s e d S t e a m T u r b i n e s a n d Ge n e r a t o r s i n Ex c e s s o f 5 0MW wi t h No rm a l Op e r a t i n g S p e e d s o f 1 5 0 0 r mi n， 1 8 0 0 r mi n， 3 O 0 0r m i n and 3 6 00r m i n S 2 0 0 1 3 I S O 1 0 8 1 4： 1 9 9 6 Me c h a n i c a l Vi b r a t i o n S u s c e p t i b i l i t y a n d S e n s i t i v i t y o f Ma c h i n e s t o U n b a l a n c e S 1 9 9 6 4 A P I 6 1 1 ： 1 9 9 7 G e n e r a l P u r p o s e S t e a m T u r b i n e s f o r P e t r o l e u m， C h e m i c a l ， a n d G a s I n d u s t r y S e r v i c e s 【 S 1 9 9 7 5 A P I 6 1 2 ： 2 003 P e t r o l e u m， P e t roc h e mi c al a n d N a t u r a l G a s I n d u s t r i e s s t e am T u r b i n e S p e c i al P u r p o s e A p p l i c a t i o n s s 2 0 0 3 6 G B T 1 9 8 7 4 2 0 0 5 机械振动机器不平衡敏感度和不平衡灵 敏度 S 2 0 0 5 ( 上接第 2 2 6页 ) 2 贾永， 陈志华邯峰发电厂 1 号给水泵汽轮机排汽管道位移 大 的处理措施 J 河北 电力技术 ， 2 0 0 3， ( 4 ) ： 1 6l 7， 5 4 3 张飙， 范利辉 ， 姜正贵发电厂汽动给水泵弹簧基础的试验 研究【 J 发电设备 ， 2 0 1 0 ， ( 5 )： 3 2 63 3 0 4 杨绍宇， 刘晓锋， 童小忠， 等大型锅炉高能给水泵振动故障分 析 与诊断方法 J 汽轮机技术 ， 2 0 0 6， 4 8 ( 3 ) ： 2 3 0 2 3 2 5 李赞兴给水泵汽轮机振动分析与处理 J 广东 电力 ， 2 0 0 9， ( 1 2 ) ： 6 8 7 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m