合成气汽轮机汽流激振原因分析及处理

58姜爱群合成气汽轮机汽流激振原因分析及处理经验交流经验交流合成气汽轮机汽流激振原因分析及处理姜爱群(中石化南京化学工业有限公司,南京210048)摘要通过对TK601汽轮机振动跳车原因分析,根据汽流激振的机理与振动特征,明确了机组产生汽流漖振的原因,并结合机组检修,提出了防止汽轮机发生汽流激振的检修、运行方面的措施,为杌组安全稳定运行提供技术参考。关键词汽轮机;自激振动;汽流激振;振动特征中图分类号TQ051.21文献标识码BDoI10.3969/isn.100-6829.201301.021汽轮机发生自激振动除了由支持轴承的油膜失表1TK60l汽轮机主要参数稳造成之外,另一主要原因是蒸汽激振。为提高机组Tab 1 Main parameters of TK601 turbine热效率,通常采用高温、高压进汽机组,采用反动式项目数据结构,汽轮机级间、动静之间的间隙很小,不均匀的进汽压力MPa排汽压力MPa蒸汽流场产生较大的蒸汽干扰力,前后汽封、各压力进汽温度/℃515级密封处都类似于气体轴承,对转子本身产生各种排汽温度/℃C415不正常的蒸汽干扰力—汽流激振力,其汽流激振进口蒸汽质量流量/h2力的大小随着汽轮机的负荷增大而增大。当负荷达额定功率/kW4910到一定时,汽流激振力将超过转子系统的阻尼,转子最大功率kW6215产生自激振动,转子一旦失稳,工艺条件的改善就不额定转速/(r·min2)9780/10115能解决问题了。最大转速/(r·min)1阶临界转速/(r·min)50001机组性能参数与运行情况2阶临界转速r·mn15000某公司合成气K601压缩机组是合成氨装置的调速范围80%~105%关键设备,由意大利进口,机组由TK601汽轮机与转子质量/kg550K601离心式压缩机组成,汽轮机和压缩机通过膜片表2K601压缩机主要参数式联轴器联接,机组安装在同一公共底座上。Tab 2 Main parameters of TK601 compressorTK60l汽轮机是7级单缸背压式,汽缸内有1项目数据个整体式内缸体,控制阀蒸汽室与外汽缸铸成整体。进口压力(压缩段/环段)MPa7.38/1308汽轮机转子除控制级外,其余6级叶轮都是反动式,出口压力(压缩段/循环段)MPa13.08/393汽轮机前后端各有1只可倾瓦轴承,前端有1只金标准体积流量/470147斯伯雷止推轴承。K601压缩机是2段9级筒式离心功率(压缩段/循环段)/kW3512/1398压缩机。压缩机前后端各有1只可倾瓦轴承,非联轴最大转速/(r·min)9780器端装有1只金斯伯雷止推轴承,压缩机前后端各额定转速(r·min)10115有1组干气密封。机组技术性能参数如表1和表2。1阶临界转速(r·min3900由于合成气压缩机组的TK601汽轮机轴封漏2阶临界转速/(r·mn)汽,大量的蒸汽进入润滑油系统,造成转子轴振动增(8+1)中国煤化工大而使机组联锁保护动作跳车(联锁84μm保护报FLEXIBLECNMHG收稿日期:2012-11-282013年第20卷第1期化工生产与技术 Chemical Production and Technology59警,130μm跳车),于2010年7月计划停车修理,更向分布不均和转子转矩径向不平衡。一方面汽封腔换了汽轮机转子及轴封。内压力周向变化引起的激振力会形成涡动,由于涡运行4个月后,在汽轮机汽缸低压端接合面处动是汽流引起的故称它为汽流激振;另一方面转子发生漏汽,汽轮机振动联锁跳车。根据当时运行状态转矩不平衡也会引起激振力,由于机组安装、运行中监测结果,转子跳车时存在较严重的动不平衡状况,汽缸跑偏转子径向位移等原因,转子相对于汽缸发基频为主轴心轨迹扁平,相位随振动变化,波形中生偏移,造成蒸汽在转子上做的功径向分布不平衡,有摩擦成分,属于典型普通的强迫性振动。引起转子涡动,当激振力大于系统阻尼力时,转子便2011年9月对汽轮机进行解体修理,发现蒸汽会产生自激振动。室内有白色粘性磷酸盐,在空气中易于风化,轴封梳根据目前的研究结果,汽轮机汽流激振力通常齿上部有磨损,低压端缸体结合面处有水锈痕迹因来自以下3个方面:转子在偏心位置时,由于汽封间怀疑白色粘性磷酸盐结晶是造成动不平衡振动的原隙沿圆周方向不同,蒸汽在不同间隙位置处的泄漏因,故对汽轮机只进行了常规检修。量不均匀,因此使作用在各个位置转子的圆周切向2012年1月TK601又出现轴封漏汽,高低压端力不同,就会产生作用于转子中心的力,也称为间隙轴封漏汽量逐渐增大,同时高低压端X方向、Y方激振力;转子的动态偏心引起汽封腔室中蒸汽压力向存在间歇性振动,振动频次增加的同时振动值也分布的不均匀,其结果产生垂直于转子偏移方向的达120m,机组一直带病运行,于2012年8月再次力;调节级喷嘴进汽的非对称性引起不对称的蒸汽对TK601汽轮机进行大修。力作用在转子上,在某个工况下其作用力可能是2故障现象及原因分析个向上抬起转子的力。这3方面的合力使转子运动趋于不稳定。21故障现象汽流激振主要特征是振动敏感于负荷,且一般TK601汽轮机4个轴振测量通道值均出现振动发生在较高负荷的大容量汽轮机高压转子上。突发波动现象,且随着运行时间的延长,波动频率和幅度性振动通常有一个门槛负荷,超过此负荷,就易激发越来越大;但波动过后振动均能恢复波动前的水平汽流激振,而当负荷降低至某一数值时振动即能恢值。到2012年5月份,最高振值达122μm,初始振复,有较好的重复性。发生严重汽流激振产生自激振动大的值体现在低压端的Y方向上,后来又出现在动的振动频率低于转子工作频率,通常与转子一阶X方向上。振动波动时,振幅快速上升,然后平滑下临界转速频率相吻合,在绝大多数情况下振动成份降,直至正常振值,前后持续时间约5min,稳定状以接近工作转速一半的频率分量为主态下,汽轮机4个点轴振通频值较小。振动发生时,23原因分析轴振频谱以0.87倍频振动为主,相位变化随振动变从机理上看,汽流涡动和汽流激振与油膜涡动化而恢复。和油膜振荡是相似的,但由于油的可压缩性较小,而根据某次数据采集监测到的图谱分析认为,蒸汽的可压缩性较大,所以汽流涡动和汽流激振的TK601在发生振动波动前,06-09倍的频率成分存频谱范围较宽。汽流涡动和汽流激振故障的特征是在并加剧,此时转子已受到了外力干扰属于激励振汽流涡动频率一般为06-0.9倍工频,汽流激振频动,在外力作用下绕性转子旋转中心与几何中心发率以接近转子1阶临界转速左右的低频分量为主生较大偏移,当偏移量达到一定时,转子和静子发生频带较宽,并有高倍频成分岀现,与负荷密切相关,摩擦,使转子失稳。振动波动出现时,不仅低压端在其值附近可导致强烈振动吲。602X和602Y的振值较大,高压端601X和601Y的l)TK60l汽轮机转子发生较大突变振动时,蒸2点也随之波动加大。随着碰摩后转子旋转中心回汽体积流量负荷均处在95th以上的高位,存在负到原始状态,干扰力的波动逐渐消退,旋转中心与几荷敏感值的变化;虽然该机组容量不是很大,但何中心偏移量变小,摩擦逐渐变弱,振动变小直至平TK601转子质量很轻,较小的间隙激振力即可引发稳在每次突变振动发生时汽轮机蒸汽质量流量均转子较大的V中国煤化工寺征相吻合因处在95讪h以上的高位,存在敏感值的变化。谐图中的成CNMHG7倍频为主看22汽流激振机理与振动特征不出油膜刚度不够引起的油膜涡动频率04-0.8引起汽流激振的机理主要是密封间隙内压力径倍工频的频率,而是符合汽流涡动和汽流激振的振姜爱群合成气汽轮机汽流激振原因分析及处理经验交流动特征围题寻求解决的思路和方法。针对TK601存在的缺2)根据汽流激振机理及振动特征分析,K601陷,重点检查了汽缸中分面贴合情况、联轴器对中情汽轮机在较高负荷工况下运行时存在蒸汽的汽流涡况、转子各处径向跳动和瓢偏、转子与缸体同心度、动和汽流激振,并分析认为轴封处产生汽流涡动和径向瓦顶隙及紧力等。汽流激振的可能性最大。汽缸或转子偏移使汽缸与修理中发现TK60l低压侧中分面存在水迹、蒸转子同心度偏差大造成动静间隙不均,主蒸管道与汽喷嘴室有碰擦、平衡活塞汽封齿有磨痕转子联轴汽缸连接不对中导致汽缸扭曲偏斜联轴器不对中、器对中偏差较大、汽缸有一定的变形等主要问题处轴瓦稳定性差(轴瓦顶隙过大、润滑油粘度高、轴承理措施如表3标高变化),轴封径向间隙偏差,汽缸膨胀不畅使得动静间隙径向分布不均等,均会引起转子的蒸汽压4结束语力沿周向分布不均匀,转子转矩沿径向不平衡,使转TK601汽轮机自检修完成2012年9月8日开子产生涡动,严重时诱发高负荷下低频汽流激振车以来,没有出现突发异常振动,轴振均稳定在203汽流激振主要发生在机组带80%额定负荷以μm以内但轴封仍有轻微漏汽。上,机组功率越大,发生汽流激振的概率越大。有些气流涡动和汽流激振是由蒸汽激振力诱发在汽机组在高负荷时发生激振满负荷时激振却消失,或轮机转子上产生的一种自激振动,使轴系稳定性降满负荷时正常降负荷至某区间后又发生激振,这主低,产生很大的低频振动诱发转子失稳,影响机组要是由于在高负荷阶段配汽不当引发了较大不对称运行的安全和可靠性。由于汽轮机产生低频汽流激的蒸汽力和力矩,诱发转子失稳,而满负荷时进汽相振的原因很多、情况复杂需根据实际情况进行具体对均匀激振力较小,这与汽流激振受负荷影响的特分析。实际运行中应严禁采用降低主蒸汽压力、增加征并不矛盾。主蒸汽流量方式提高负荷,控制润滑油温度接近额4)因振动波动时,振幅加大时间持续了5min定值、调整轴封参数抑制振动。安装检修时,重点应左右时域波型中存在明显的双截头形状,可判断存调整轴瓦顶间隙、轴承标高汽封间隙防止漏汽造成在摩擦故障。汽缸偏移变形,调整转子与汽缸的同心度使圆周方5造成TK60汽轮机漏汽的原因较多,但主要向动静间隙均匀存在以下几种可能:滑销系统卡涩引起汽缸膨胀变参考文献形、轴封径向间隙偏差汽缸与转子同心度偏差大及(梁国斌合成气压缩机改造后汽轮机振动原因分析大联轴器不对中。氮肥,2009,32(2):81-842]张学延,王延博张卫军.大型汽轮机汽流激振问题的分析3处理措施和处理热力发电,2004,33(2):47-552012年8月,对TK60汽轮机及K601压缩机(3]鲁启蓉.离心压缩机亚异步振动故障的诊断门中国科技干气密封进行计划大修,修前与汽轮机制造厂进行信息,2005(24A):121技术交流针对TK601存在的漏汽及汽缸变形等问宋光雄,陈松平,宋君辉,等汽轮机组汽流激振故障原因及分析J动力工程学报,2012,32(10):770-778表3修理中发现的主要问题及措施Tab 3 Main problems and measures found in repairing故障现象原因措施TK601喷嘴室下部与平衡活塞汽封有碰擦转子同心度及联轴器对中偏差大重新调整汽缸同心度及汽封径向间隙TK601转子与汽缸同心度上下偏差大机组因热膨胀不均匀产生挤压应力,造成调整汽缸同心度(上下005mm,左右(027mm),联轴器对中上下偏差大机组发生膨胀不均与偏移0.025mm),联轴器冷态对中(端面<(0.70mm)005mm,径向<040mm)至要求范围汽缸低压侧中分面存在水迹汽缸存在一定量变形(空扣缸接合面中国煤化工时适当增大接合况尚可)CNMHG汽封磨损漏汽转子与汽封径向间隙偏差较大更换汽封,调整汽封凹窝中心,保证径向间隙均匀