合成氣汽輪機汽流激振原因分析及處理

58姜愛(ài)群合成氣汽輪機汽流激振原因分析及處理經(jīng)驗交流經(jīng)驗交流合成氣汽輪機汽流激振原因分析及處理姜愛(ài)群(中石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司,南京210048)摘要通過(guò)對TK601汽輪機振動(dòng)跳車(chē)原因分析,根據汽流激振的機理與振動(dòng)特征,明確了機組產(chǎn)生汽流漖振的原因,并結合機組檢修,提出了防止汽輪機發(fā)生汽流激振的檢修、運行方面的措施,為杌組安全穩定運行提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞汽輪機;自激振動(dòng);汽流激振;振動(dòng)特征中圖分類(lèi)號TQ051.21文獻標識碼BDoI10.3969/isn.100-6829.201301.021汽輪機發(fā)生自激振動(dòng)除了由支持軸承的油膜失表1TK60l汽輪機主要參數穩造成之外,另一主要原因是蒸汽激振。為提高機組Tab 1 Main parameters of TK601 turbine熱效率,通常采用高溫、高壓進(jìn)汽機組,采用反動(dòng)式項目數據結構,汽輪機級間、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級密封處都類(lèi)似于氣體軸承,對轉子本身產(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(zhù)汽輪機的負荷增大而增大。當負荷達額定功率/kW4910到一定時(shí),汽流激振力將超過(guò)轉子系統的阻尼,轉子最大功率kW6215產(chǎn)生自激振動(dòng),轉子一旦失穩,工藝條件的改善就不額定轉速/(r·min2)9780/10115能解決問(wèn)題了。最大轉速/(r·min)1階臨界轉速/(r·min)50001機組性能參數與運行情況2階臨界轉速r·mn15000某公司合成氣K601壓縮機組是合成氨裝置的調速范圍80%~105%關(guān)鍵設備,由意大利進(jìn)口,機組由TK601汽輪機與轉子質(zhì)量/kg550K601離心式壓縮機組成,汽輪機和壓縮機通過(guò)膜片表2K601壓縮機主要參數式聯(lián)軸器聯(lián)接,機組安裝在同一公共底座上。Tab 2 Main parameters of TK601 compressorTK60l汽輪機是7級單缸背壓式,汽缸內有1項目數據個(gè)整體式內缸體,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汽輪機轉子除控制級外,其余6級葉輪都是反動(dòng)式,出口壓力(壓縮段/循環(huán)段)MPa13.08/393汽輪機前后端各有1只可傾瓦軸承,前端有1只金標準體積流量/470147斯伯雷止推軸承。K601壓縮機是2段9級筒式離心功率(壓縮段/循環(huán)段)/kW3512/1398壓縮機。壓縮機前后端各有1只可傾瓦軸承,非聯(lián)軸最大轉速/(r·min)9780器端裝有1只金斯伯雷止推軸承,壓縮機前后端各額定轉速(r·min)10115有1組干氣密封。機組技術(shù)性能參數如表1和表2。1階臨界轉速(r·min3900由于合成氣壓縮機組的TK601汽輪機軸封漏2階臨界轉速/(r·mn)汽,大量的蒸汽進(jìn)入潤滑油系統,造成轉子軸振動(dòng)增(8+1)中國煤化工大而使機組聯(lián)鎖保護動(dòng)作跳車(chē)(聯(lián)鎖84μm保護報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(chē)),于2010年7月計劃停車(chē)修理,更向分布不均和轉子轉矩徑向不平衡。一方面汽封腔換了汽輪機轉子及軸封。內壓力周向變化引起的激振力會(huì )形成渦動(dòng),由于渦運行4個(gè)月后,在汽輪機汽缸低壓端接合面處動(dòng)是汽流引起的故稱(chēng)它為汽流激振;另一方面轉子發(fā)生漏汽,汽輪機振動(dòng)聯(lián)鎖跳車(chē)。根據當時(shí)運行狀態(tài)轉矩不平衡也會(huì )引起激振力,由于機組安裝、運行中監測結果,轉子跳車(chē)時(shí)存在較嚴重的動(dòng)不平衡狀況,汽缸跑偏轉子徑向位移等原因,轉子相對于汽缸發(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,屬于典型普通的強迫性振動(dòng)。引起轉子渦動(dòng),當激振力大于系統阻尼力時(shí),轉子便2011年9月對汽輪機進(jìn)行解體修理,發(fā)現蒸汽會(huì )產(chǎn)生自激振動(dòng)。室內有白色粘性磷酸鹽,在空氣中易于風(fēng)化,軸封梳根據目前的研究結果,汽輪機汽流激振力通常齒上部有磨損,低壓端缸體結合面處有水銹痕跡因來(lái)自以下3個(gè)方面:轉子在偏心位置時(shí),由于汽封間懷疑白色粘性磷酸鹽結晶是造成動(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,故對汽輪機只進(jìn)行了常規檢修。量不均勻,因此使作用在各個(gè)位置轉子的圓周切向2012年1月TK601又出現軸封漏汽,高低壓端力不同,就會(huì )產(chǎn)生作用于轉子中心的力,也稱(chēng)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,其結果產(chǎn)生垂直于轉子偏移方向的達120m,機組一直帶病運行,于2012年8月再次力;調節級噴嘴進(jìn)汽的非對稱(chēng)性引起不對稱(chēng)的蒸汽對TK601汽輪機進(jìn)行大修。力作用在轉子上,在某個(gè)工況下其作用力可能是2故障現象及原因分析個(gè)向上抬起轉子的力。這3方面的合力使轉子運動(dòng)趨于不穩定。21故障現象汽流激振主要特征是振動(dòng)敏感于負荷,且一般TK601汽輪機4個(gè)軸振測量通道值均出現振動(dòng)發(fā)生在較高負荷的大容量汽輪機高壓轉子上。突發(fā)波動(dòng)現象,且隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng),波動(dòng)頻率和幅度性振動(dòng)通常有一個(gè)門(mén)檻負荷,超過(guò)此負荷,就易激發(fā)越來(lái)越大;但波動(dòng)過(guò)后振動(dòng)均能恢復波動(dòng)前的水平汽流激振,而當負荷降低至某一數值時(shí)振動(dòng)即能恢值。到2012年5月份,最高振值達122μm,初始振復,有較好的重復性。發(fā)生嚴重汽流激振產(chǎn)生自激振動(dòng)大的值體現在低壓端的Y方向上,后來(lái)又出現在動(dòng)的振動(dòng)頻率低于轉子工作頻率,通常與轉子一階X方向上。振動(dòng)波動(dòng)時(shí),振幅快速上升,然后平滑下臨界轉速頻率相吻合,在絕大多數情況下振動(dòng)成份降,直至正常振值,前后持續時(shí)間約5min,穩定狀以接近工作轉速一半的頻率分量為主態(tài)下,汽輪機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)變從機理上看,汽流渦動(dòng)和汽流激振與油膜渦動(dòng)化而恢復。和油膜振蕩是相似的,但由于油的可壓縮性較小,而根據某次數據采集監測到的圖譜分析認為,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)轉子已受到了外力干擾屬于激勵振汽流渦動(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子旋轉中心與幾何中心發(fā)率以接近轉子1階臨界轉速左右的低頻分量為主生較大偏移,當偏移量達到一定時(shí),轉子和靜子發(fā)生頻帶較寬,并有高倍頻成分岀現,與負荷密切相關(guān),摩擦,使轉子失穩。振動(dòng)波動(dòng)出現時(shí),不僅低壓端在其值附近可導致強烈振動(dòng)吲。602X和602Y的振值較大,高壓端601X和601Y的l)TK60l汽輪機轉子發(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(zhù)碰摩后轉子旋轉中心回汽體積流量負荷均處在95th以上的高位,存在負到原始狀態(tài),干擾力的波動(dòng)逐漸消退,旋轉中心與幾荷敏感值的變化;雖然該機組容量不是很大,但何中心偏移量變小,摩擦逐漸變弱,振動(dòng)變小直至平TK601轉子質(zhì)量很輕,較小的間隙激振力即可引發(fā)穩在每次突變振動(dòng)發(fā)生時(shí)汽輪機蒸汽質(zhì)量流量均轉子較大的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引起汽流激振的機理主要是密封間隙內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(ài)群合成氣汽輪機汽流激振原因分析及處理經(jīng)驗交流動(dòng)特征圍題尋求解決的思路和方法。針對TK601存在的缺2)根據汽流激振機理及振動(dòng)特征分析,K601陷,重點(diǎn)檢查了汽缸中分面貼合情況、聯(lián)軸器對中情汽輪機在較高負荷工況下運行時(shí)存在蒸汽的汽流渦況、轉子各處徑向跳動(dòng)和瓢偏、轉子與缸體同心度、動(dòng)和汽流激振,并分析認為軸封處產(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。汽缸或轉子偏移使汽缸與修理中發(fā)現TK60l低壓側中分面存在水跡、蒸轉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子聯(lián)軸汽缸連接不對中導致汽缸扭曲偏斜聯(lián)軸器不對中、器對中偏差較大、汽缸有一定的變形等主要問(wèn)題處軸瓦穩定性差(軸瓦頂隙過(guò)大、潤滑油粘度高、軸承理措施如表3標高變化),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 )引起轉子的蒸汽壓4結束語(yǔ)力沿周向分布不均勻,轉子轉矩沿徑向不平衡,使轉TK601汽輪機自檢修完成2012年9月8日開(kāi)子產(chǎn)生渦動(dòng),嚴重時(shí)誘發(fā)高負荷下低頻汽流激振車(chē)以來(lái),沒(méi)有出現突發(fā)異常振動(dòng),軸振均穩定在203汽流激振主要發(fā)生在機組帶80%額定負荷以μm以?xún)鹊S封仍有輕微漏汽。上,機組功率越大,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)在汽機組在高負荷時(shí)發(fā)生激振滿(mǎn)負荷時(shí)激振卻消失,或輪機轉子上產(chǎn)生的一種自激振動(dòng),使軸系穩定性降滿(mǎn)負荷時(shí)正常降負荷至某區間后又發(fā)生激振,這主低,產(chǎn)生很大的低頻振動(dòng)誘發(fā)轉子失穩,影響機組要是由于在高負荷階段配汽不當引發(fā)了較大不對稱(chēng)運行的安全和可靠性。由于汽輪機產(chǎn)生低頻汽流激的蒸汽力和力矩,誘發(fā)轉子失穩,而滿(mǎn)負荷時(shí)進(jìn)汽相振的原因很多、情況復雜需根據實(shí)際情況進(jìn)行具體對均勻激振力較小,這與汽流激振受負荷影響的特分析。實(shí)際運行中應嚴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)間持續了5min定值、調整軸封參數抑制振動(dòng)。安裝檢修時(shí),重點(diǎn)應左右時(shí)域波型中存在明顯的雙截頭形狀,可判斷存調整軸瓦頂間隙、軸承標高汽封間隙防止漏汽造成在摩擦故障。汽缸偏移變形,調整轉子與汽缸的同心度使圓周方5造成TK60汽輪機漏汽的原因較多,但主要向動(dòng)靜間隙均勻存在以下幾種可能:滑銷(xiāo)系統卡澀引起汽缸膨脹變參考文獻形、軸封徑向間隙偏差汽缸與轉子同心度偏差大及(梁國斌合成氣壓縮機改造后汽輪機振動(dòng)原因分析大聯(lián)軸器不對中。氮肥,2009,32(2):81-842]張學(xué)延,王延博張衛軍.大型汽輪機汽流激振問(wèn)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TK60汽輪機及K601壓縮機(3]魯啟蓉.離心壓縮機亞異步振動(dòng)故障的診斷門(mén)中國科技干氣密封進(jìn)行計劃大修,修前與汽輪機制造廠(chǎng)進(jìn)行信息,2005(24A):121技術(shù)交流針對TK601存在的漏汽及汽缸變形等問(wèn)宋光雄,陳松平,宋君輝,等汽輪機組汽流激振故障原因及分析J動(dòng)力工程學(xué)報,2012,32(10):770-778表3修理中發(fā)現的主要問(wèn)題及措施Tab 3 Main problems and measures found in repairing故障現象原因措施TK601噴嘴室下部與平衡活塞汽封有碰擦轉子同心度及聯(lián)軸器對中偏差大重新調整汽缸同心度及汽封徑向間隙TK601轉子與汽缸同心度上下偏差大機組因熱膨脹不均勻產(chǎn)生擠壓應力,造成調整汽缸同心度(上下005mm,左右(027mm),聯(lián)軸器對中上下偏差大機組發(fā)生膨脹不均與偏移0.025mm),聯(lián)軸器冷態(tài)對中(端面<(0.70mm)005mm,徑向<040mm)至要求范圍汽缸低壓側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)適當增大接合況尚可)CNMHG汽封磨損漏汽轉子與汽封徑向間隙偏差較大更換汽封,調整汽封凹窩中心,保證徑向間隙均勻