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汽轮机膨胀不畅的诊断方法

iline
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2022-08-18




汽轮发电机组的振动多数属于强迫振动,它的大小与不平衡成正比,与轴承座刚度成反比。可以用一个简单的关系式表达

式中A——振幅;

P——不平衡量;

k——轴承座刚度。

膨胀不畅使轴承座与台板之间出现间隙,导致支撑刚度的降低。从这一点讲,它与一般刚度降低的原理是相同的。区别在于:在机组运行过程中刚度是变化的,它会导致运行过程振动的不稳定。

膨胀问题经常发生在机组长时间停机之后。长时间停机使机组完全冷却和充分收缩,滑销系统也容易发生锈蚀,因此启动后阻力增大,导致膨胀不畅。

长时间停机后的投运过程,如果振动呈现逐渐上升的趋势,应该将膨胀不畅作为一个疑点排查。进一步的诊断还要结合以下特点分析:


一、振幅及相位特征


膨胀不畅导致轴承座刚度降低,起着将不平衡振动放大的作用。振动的频率仍为50Hz。

膨胀不畅的过程中,主要反映在振幅的变化,而相位的变化相对较小。因为膨胀不畅影响轴承的刚度,而相位主要决定于不平衡的角度,刚度对相位的影响较小。


二、持续时间


汽缸的热容量比转子大得多,温度的变化比转子缓慢得多。因此膨胀不畅时振动上升过程持续的时间长,可以达到数个小时以上;


三、趋势特征


机组的膨胀不畅有两种类型:一种是不可恢复的,即在运行过程中膨胀受阻始终存在,不可能自行消失,如滑销完全卡死、管道应力、缸体热变形都属于这类;另一种是可以恢复的,即通过一个阶段的运行可以自行消失,一般是滑销存在暂时性的卡涩,经过运行过程膨胀力和振动的作用,可以逐渐消失。

1.第一类膨胀不畅

如图1(a)所示,第一类膨胀不畅的振动趋势大体分为以下几个阶段:

(1)初始阶段,图1(a)中曲线1部分。此时振动大体稳定,膨胀不畅的问题尚未发生。

(2)上升阶段,图1(a)中曲线2部分。这是膨胀不畅出现和发展的阶段,一般是机组投运初期。这个阶段温度变化大,膨胀量大。一旦出现膨胀受阻,便会逐渐发展,使轴承的刚度越来越低,表现为振动的持续上升。

(3)稳定阶段,图1(a)中曲线3部分。此时机组的温度和膨胀大体稳定下来,但已有的膨胀不畅不能消除,振动始终保持在高位。

图1 两类膨胀问题

(a)第一类膨胀不畅的振动趋势;(b)第二类膨胀的振动趋势


2.第二类膨胀不畅

如图1(b)所示,第二类膨胀不畅的振动趋势大体分为5个阶段:其中曲线1~3部分与图1(a)对应的阶段相似;曲线上的4为恢复阶段,这时卡涩的部位逐渐疏通,振动逐渐降低;曲线上的5为恢复正常阶段,这时振动恢复到变化前的水平。


四、振动的波动性


图1只表示振动的总趋势。实际上在多数情况下,振动呈波浪式变化(波浪式上升、波浪式下降、即便处于高位也呈波动状态),其原因在于卡涩与疏通、变形与恢复往往是并存的。比如运行初期,虽然在总体上讲是卡涩越来越严重、刚度逐渐降低、振动增大的阶段,但也存在着局部的疏通,使振动降低。因此表现为振动总体上升,但期间又有波动。

存在膨胀不畅时,有时还会存在动静摩擦,这也可以导致振动的波动。


五、振动的再现性


汽缸的体积大,加热时温度上升缓慢,冷却时温度回落缓慢。由于具有这种特点,如果停机后短时间内再开机,因缸体的温度尚未恢复到上次开机时的状态、汽缸的变形尚未恢复,在定速时的振动将比上次定速时大。表1是两台机组大修后定速时的低压轴承振动情况。

表1 两台机组大修后定速时低压轴承的振动情况



六、轴振与座振的关系


缸体的变形引起轴承座刚度下降时,往往会表现为轴承座的振动变化大,而轴振变化不大,甚至会出现轴振小于轴承座振动的现象。

表2是XX电厂9号机组5、6号轴承的振动。该机组是东汽D029型机组,5、6号为低压转子轴承,每个轴承有一个座振测点和两个轴振测点。由于低压缸存在热变形,运行中振动逐渐增大,但是轴振的变化远低于轴承座振动的变化。

表2 XX电厂9号机组5、6号轴承的振动



七、与转子热弯曲、动静摩擦的区别


缸体热变形引起轴承座刚度降低、转子热弯曲引起不平衡的增大,这两种故障都会表现出振动随负荷增加。但可以从以下几个方面进行区别:

(1)前者轴承座振动的变化比较明显,而后者轴振动的变化比较明显。

(2)前者对晃度没有影响,后者会引起转子晃度的变化。

(3)汽缸的热容量比转子大得多,温度的变化比转子缓慢得多。因此膨胀不畅引起的振动变化过程持续时间长,可以达到数十小时以上;由转子热弯曲引起的振动增加过程持续时间短, 1h左右就可稳定。

(4)由膨胀不畅引起的振动一般在两次开机后有明显的不同,因为这两次的缸温不同。由转子热弯曲引起的振动则不会,因为停机后热弯曲会很快恢复。

(5)发生动静摩擦时振动处于连续不断变化的状态,而膨胀不畅存在一个振动相对稳定的阶段。

(6)其他特征。高(中)压缸的膨胀不畅时,从机头的膨胀指示可以反映出来,而且膨胀值和振动有时会出现跳动。低压膨胀不畅时,从胀差异常(正胀差大)可以反映出来。膨胀不畅时,轴承座与台板的接触面有时可以测量出间隙的存在。



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