某超超临界机组轴承振动突发周期波动的故障原因分析

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2021-12-01 22:30 热度：

　　摘要：针对某超超临界机组突然出现轴承振动周期性波动的异常现象，通过对故障过程的梳理和分析，结合现场检查，确定机组五抽管道膨胀节出现开裂是导致该异常现象的根本原因，并对避免再次出现类似异常提出了具体和实际的建议，以供同类型机组参考和学习。

　　关键词：轴承振动;周期性波动;膨胀节;动静碰磨

　　某超超临界机组的汽轮机为哈尔滨汽轮机厂采用日本三菱公司技术设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽反动式汽轮机，型号为CCLN660-25/600/600。2020年4月6日该汽轮机3号轴承至6号轴承的轴振和瓦振呈现缓慢上涨趋势，上升至最大后缓慢下降，之后反复波动，波动周期约2.5h。汽轮机轴承振动出现周期性波动的现象时有发生[1,2]，但是导致的原因各不相同。本文通过对该机组发现异常现象的过程、原因分析、故障处理和建议进行简要的介绍，以供同类型机组进行参考。

　　1故障过程

　　4月6日1:00，3号机组负荷650MW，机组协调方式运行，A/B汽泵运行，A/B送、引、一次风机运行，A/B/D/F磨运行。各轴承振动正常，无波动、跳变情况;4X轴振最大，为91.28μm;#6轴承瓦振最大，为23.98μm。

　　1:12:37，五段抽汽压力突降36kPa，负荷突降8MW，排汽温度突升2.4℃，四段至七段抽汽压力也有一定幅度的下降;此时各轴振、瓦振无明显变化。机组主要参数见表1所示。2:06，3号汽轮机3瓦、4瓦、5瓦和6瓦的轴振以及瓦振呈现缓慢上涨趋势。

　　3:10，机组减负荷至550MW，3X/3Y轴振最高上涨至170/128μm、4X/4Y轴振最高上涨至137/132μm、5X/5Y轴振最高上涨至128/103μm、6X/6Y轴振最高上涨至108/99μm。

　　维持负荷550MW运行，观察3X/3Y、4X/4Y、5X/5Y、6X/6Y轴振及瓦振逐渐下降。至4:06，3X/3Y轴振降至73/56μm、4X/4Y轴振降至74/63μm、5X/5Y轴振降至45/42μm、6X/6Y降至65/47μm。

　　4:40，降负荷至500MW，3X/3Y轴振、4X/4Y轴振、5X/5Y轴振、6X/6Y轴振再次上涨，维持机组负荷500MW运行，观察振动逐步稳定后呈周期状起伏。在振动变化期间观察机组轴承金属温度、轴瓦回油温度、推力轴承温度、缸胀、胀差等参数无明显变化。轴承振动及轴承温度情况见图1、2、3所示。

　　现场检查发现：Ⅰ号低压外缸左侧外壁温度明显升高，右侧外壁温度正常，约45℃左右。自Ⅰ号低压外缸中分面向上，温度逐渐升高，温度最高部位在中分面上部约1.5m处，温度达150℃。Ⅰ号低压外缸左侧外壁温度升高区域如图4所示。

　　12:17，申请调度同意后机组打闸，破坏真空停机。

　　整个停机过程中，TSI各参数无异常。转速到零后，盘车投入正常，盘车电流稳定，缸内无异音。同时对比以往盘车电流的历史记录，盘车电流无变化。

　　2停机检查

　　机组停运后，对I号低压内缸左侧中分面进行检查，发现中分面连接螺栓连接牢固无松动现象，中分面无蒸汽冲刷现象，排除内缸中分面漏汽可能。

　　对I号低压缸连通管进汽法兰进行检查，I号低压缸连通管法兰处无开口和蒸汽冲刷现象，用0.05mm塞尺对法兰间隙进行检查，塞尺不入，排除连通管法兰漏汽可能。

　　对I号低压内缸下部各抽汽管道进行检查，发现五段抽汽管道竖直方向膨胀节开裂，內缸五段抽汽接管段与五段抽汽连接管道之间错口约150mm;水平膨胀节也有一定量的变形。其余各抽汽管道膨胀节、焊口正常，五段抽汽管道竖直方向膨胀节开裂情况如下图5所示。

　　拆除低压内缸隔热护板后，发现I号低压内缸左侧反向第一级隔板人孔门垫片下部有一长约15mm的缺口。拆除人孔门螺栓后检查，发现密封垫在该位置被冲断;除被冲断处外，其余部分无明显缺陷。人孔垫片破损部位见图6所示。

　　将人孔盖板及人孔法兰清理干净后，对称均匀紧固螺栓后人孔盖板下部有明显缝隙，间隙为1.65mm，该人孔盖板发生变形。人孔盖板变形情况见图7所示。

　　检查II号低压缸的抽汽管道对中情况、膨胀节变形情况，各抽汽管道膨胀节外观检查正常，膨胀节无变形、破损、开裂、鼓包现象。

　　停盘车后，对低压转子转子晃动、末级叶片的叶顶间隙以及低压缸与凝汽器连接的膨胀节进行检查，均无异常。

　　3原因分析

　　3.1轴承轴振及瓦振振动波动原因分析

　　从轴振及瓦振振幅的变化趋势看，3号至6号轴承的轴振、瓦振缓慢上升后下降，每一波动周期约2.5h;该振动波动特征与工作转速下通流部分轻度碰磨引起的摩擦振动的特征相符，振动的波动应是低压通流部分轻度碰磨引起的。

　　根据振动波动前后的相关参数历史趋势及现场检查情况分析，五段抽汽膨胀节破裂后，泄漏的蒸汽沿左侧低压下內缸向上冲刷，并加热左侧低压內缸及左侧低压外缸。

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　　经冲刷加热后，左侧低压內缸及左侧低压外缸受泄漏蒸汽加热，汽缸壁温升高;而右侧低压內缸及外缸未受泄漏蒸汽冲刷，汽缸壁温正常;左右侧汽缸壁温的差异造成汽缸变形，进而引起Ⅰ号低压通流部分静止部件位置的变化，通流间隙逐渐减小，产生碰磨，引发摩擦振动。

　　3.2五段抽汽管道膨胀节破裂原因分析

　　I号低压缸内部五段抽汽管道共设置两个膨胀节，一个为垂直段布置(即本次破裂的膨胀节)，一个为水平方向布置。该段管道在I号低压缸内通过3个弯头穿出凝汽器进入II号低压缸，管道焊口共10道。

　　测量破裂膨胀节处的上下管道错口约150mm，且错口严重，这说明该膨胀节在破裂前受到很大的横向剪切力，当横向剪切力超过膨胀节许用应力极限时，膨胀节损坏开裂。

　　上下管道错口大的原因：①管道在安装时每道焊口都没有严格按照安装要求进行施工，管道对口时错口超出标准值后，采用强行拽拉后焊接的方式;②管道焊缝在施焊过程中没有采取两人对焊的工艺，管道焊后存在应力。

　　3.3低压內缸左侧反向第一级隔板人孔法兰漏汽原因分析

　　进入凝汽器汽室检查发现低压下缸护板有明显的被蒸汽冲刷痕迹，人孔门底部盖板受热变形产生明显张口(人孔板变形量1.6mm)。

　　可能的原因为：五段抽汽膨胀节开裂后，蒸汽沿低压下缸底部护板吹入低压上缸左侧反向第一级内缸隔板人孔门处，对人孔门局部加热，人孔门盖板变形，变形后下部人孔盖板的螺栓紧力降低导致底部垫片冲破。

　　3.4分析结论

　　因五段抽汽管道膨胀节破裂造成I号低压缸內缸及外缸受热变形，引起机组动静碰磨，造成3号至6号轴承振动增大并呈周期性波动。在机组停机后进入低压內缸检查，缸內无摩擦声，盘车电流正常，对比盘车电流历史记录，盘车电流无变化，说明停机后低压通流部分不存在动静摩擦。

　　5段抽汽管道膨胀节破裂是因为基建安装膨胀节时，没有按照标准工艺要求进行，存在强行对口的问题，造成膨胀节承受很大拉力而断裂。

　　4防范措施及建议

　　(1)建议利用机组检修机会，对在役机组低压缸内部抽汽管道膨胀节进行检查，重点检查管系支吊架设置是否合理，滑动支座是否灵活，固定支座是否固定牢靠;膨胀节拉杆是否按使用要求安装;膨胀节是否有扭曲、拉压变形及磨损现象。

　　(2)对在役机组抽汽管道有内部套管的膨胀节进行检查，防止因内部套管破损而失去对波纹膨胀节的保护作用。

　　(3)新安装或需更换抽汽管道膨胀节的机组，应充分分析管系受力及膨胀情况，选择有资质的单位对管系支吊架进行设计，对膨胀节进行选型。膨胀节选用、安装和使用维护应符合相关规程[3]要求。——论文作者：梁卓

文章名称：某超超临界机组轴承振动突发周期波动的故障原因分析

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