一号机#5、6轴承振动、温度超标分析处理(一)

 #1机#5、6轴承振动、温度超标分析处理
                             
摘要：本文通过分析厦门厦门东部燃气电厂#1机#5、6瓦轴承的运行数据和几次解体检查情况，找到轴承振动、温度超标等问题的原因，保证机组安全运行。

关键词：汽轮机；轴承；振动超标；温度超标；分析

 厦门东部燃气电厂#1机于2009年05月09日顺利通过168小时试运后转入商业运行，2009年05月18日停机消缺揭瓦检查，一切正常。但是在接下来的运行时间里#5、6轴承经常出现震动超标、温度超标的现象，严重影响了机组正常运行。为了更好地解决轴承震动和温度超标的问题，保证机组安全运行，通过对轴承的运行数据和几次解体检修情况的分析，找到问题的原因，最终解决机组轴振过大的问题。
 1 汽轮机概述
 厦门东部燃气电厂#1机组汽轮机是配套西门子SGT5-4000F系列燃气轮机用的联合循环汽轮机。燃机-汽机采用一拖一、单轴布置方式。联合循环汽轮机采用了西门子典型HE型汽轮机结构形式，上海电气电站设备有限公司按照西门子的技术和规范设计制造。汽轮机主要结构见图1
 
图1汽轮机主要结构
 2 运行数据和解体检修情况分析
 2.1 #1机#5、6瓦运行问题简介
 2009年06月24日翻瓦检查，发现#5瓦右下侧（向凝汽器侧看）瓦块边缘处有3处地方脱胎，上半左右侧瓦块的防转定位销断裂。检修时用新瓦块同时更换轴承下半两块瓦块，并更换新防转定位销；检修后机组运行正常。经过几天运行后，轴振慢慢地爬升，最大轴振达到145um，同时汽轮机3S离合器啮合时轴振最大达到206um。2009年09月23日停机提前进行#1机小修。揭#5瓦检查，发现上半右侧瓦块防转定位销又断裂并将其更换之。投运后机组运行正常，但#5瓦轴振慢慢爬升，直至2010年1月24日，轴振最大达到200um左右，当时有个瓦温热电偶显示为坏点，于2010年02月10日停机揭瓦检查，发现下半右侧瓦块已碎裂，上半右侧瓦块的防转销再次断裂，与上次的损坏一样。另外，这次发现#5瓦顶轴油密封油进油管开裂，上半瓦温热电偶接线扯断损坏，更换下半两块新瓦块。在#5瓦块与端盖油档两侧各加了0.35mm垫片，使轴向间隙由原来的0.25mm调整至0.75mm（#6瓦没有加轴向垫片）。同时用新瓦块更换了下半两块瓦块。最初几天运行还可以，轴振为20μm~40μm。2010年2月19日#6瓦温由原来的700C升高到900C，达到报警值；2010年2月21日#5瓦轴振由前几日的20~40μm升高到50μm，然后又升高到88.5μm。2月23日，将6#瓦滑油进油压力从0.245MPa上调至0.28MPa，希望以此加大进冷却油量降低瓦温，但效果不明显。
 
 #5瓦./#6瓦和SSS离合器的揭瓦后实际图片情况：
 1，#5瓦检查情况：
 #1机#5下瓦块，如图所示：
  
 2，#6瓦检查的情况：
 #1机#6瓦下瓦块损坏的情况：
   
 损坏的#6下瓦块右侧

  3修前SSS离合器同心度、SSS径向对中和轴向对中测量：
 揭SSS轴承箱，测量修前数据是
 同心度最大值：0.08mm，
 径向对中：#5瓦短轴圆周低0.31mm，短轴偏左0.14mm
 轴向张口：右张口0.07mm，下张口0.135mm
 
 2.2 问题的原因分析
 根据对#1机组#5轴瓦瓦面脱胎、防转定位销断裂、顶轴油密封油进油管开裂及温热电偶接线扯断损坏的综合情况，同时根据现场仪器监测分析：发现#5瓦的升、降过程中X、Y轴振数据偏大（最大至160μm）。X、Y向轴振在升、降过程中发现严重的油膜自激振动（油膜涡动现象），Y向轴振在稳定工况下发现明显的半频分量。
分析认为造成上述情况的原因有以下几点：
 （1）#5瓦轴承中心与转子中心有可能存在不对中的现象，在SSS与转子啮合的过程中相关轴瓦有轻微碰撞的可能。稳定工况下可能有部分轴瓦油膜不稳定的现象。
 （2）由于加工及装配的原因，本不应该受力的顶轴油进油管有可能顶住可倾瓦块，使可倾瓦块不能灵活自位，既压坏了顶轴油进油管，又导致轴瓦油膜分布不均匀。
 （3）#5瓦轴承的天地、侧向间隙有可能偏大，检修时应全面检查轴承安装数据。
 （4）#5瓦的几次换瓦检修有可能造成#5、6瓦的安装状态发生变化，导致#6瓦承载变大瓦温升高。
 （5）#5瓦上右瓦块定位销2次断裂可能是两侧轴向间隙过小，导致从一开始定位销就受挤压力，可倾瓦块不能灵活自位，定位销长期受动态力冲击最终导致疲劳断裂。
 （6）#5瓦载何状态下不能自调，造成个别瓦块超载、防转定位销承受较大的径向冲击力，导致瓦快油膜建立不稳定，轴振值超标，轴系各瓦负荷分配发生变化。
 （7）转子中心发生变化、3S离合器平衡发生变化。
 2.3处理方案
 （1）#5、6轴承的常规检查，重点检查轴承间隙、 瓦块的灵活度及转子与轴瓦接触面的情况；
 （2）为确保#5、6瓦瓦块端面的间隙，应再原始状态下，在端盖两侧各加0.5mm垫片，使瓦块两侧端面总间隙保持在1.25—1.5mm之间；
 （3）检查#5、6、7瓦轴承与轴承座侧向与天地的定位间隙是否符合图纸（168.07.01-1/2、168.07.02-1/2）要求（标准为侧向0.01—0.03mm；天地0.2—0.25mm）。
 （4）检查#5、6瓦瓦块上顶轴油进油管在工艺闷头旋到底的情况下，并确保瓦块背弧完全与持环良好接触的条件下，顶轴油进油管是否有顶住瓦块状况。正常情况下应有1mm间隙，若小于1mm，可将顶轴油进油管进油口侧端面适当加工掉一些，以确保有1mm左右的间隙；
 （5）在完成上述检查及复装后。复查转子与轴承中心对中情况，并按要求作相应的调整，使至符合对中要求。
 （6）测量3S离合器两侧外圆同心度（要求在3S离合器完全啮合状态下测量）。
 （7）检查#5、6轴承下部瓦枕球面与瓦枕座接触面的接触情况。
 （8）测量#5、6轴承两侧及顶部油隙及#5、6轴承上瓦枕球面紧力间隙。
 3 第二次小修对#1机#5、6轴承的缺陷原因分析及处理方案
 3.1小修检查内容
 #1机于2010年3月27日在稳态运行时#5瓦轴振达到150um，#6瓦金属温度达到96℃的情况下停机提前进行第二次小修。
 （1）#5、6瓦检修：
 这次小修对#5瓦和#6瓦揭SSS离合器轴承箱翻瓦。检查发现#5瓦上瓦左侧定位销和瓦温热电偶断裂损坏、上瓦顶部定位销脱落在瓦持环上面，上瓦右侧基本完好，三块上瓦块巴氏合金面基本完好、两块下瓦块顶轴油孔处各有异物划痕的沟槽深约0.30mm、长度约50mm；#6瓦上瓦三块基本完好，下瓦左侧巴氏合金面产生裂纹，下瓦右侧巴氏合金面已成碎片；两副瓦都是由于下瓦块损坏而造成轴承失效。这次小修更换了新瓦块。在更换新瓦块时根据上次与上海电气设计、工艺及现场专家等共同讨论出来的方案进行复装，这次轴瓦的复装数据及工艺都严格按照此方案进行。可以排除轴瓦的安装及其它问题。
 （2）SSS离合器轴向、径向对中、径向跳动测量：
 在复装好#5瓦和#6瓦后对SSS离合器进行对中同心度检查发现发电机和汽机侧的对轮数据符合要求，SSS离合器联轴节b径向跳动0.04mm、滑动零件c径向跳动0.08mm、联轴节d径向跳动0.06mm。SSS离合器啮合状态下轴向和径向对中测量的数据是：径向顶部#6瓦侧比#5瓦侧高0.47mm，左侧比右侧低0.10mm；脱开状态下轴向和径向对中测量数据是：径向顶部#6瓦侧比#5瓦侧高0.15mm；啮合状态下SSS轴向对中左右相差0.15mm，从数据可以得出SSS离合器在啮合状态下中心偏差比分离脱开状态时的中心偏差更大（犹其是靠近发电机滑环短轴处），轴向对中B左右两侧相差0.04mm。总之SSS离合器的中心均超标。
 3.2修后运行数据分析
 #1机小修处理完#5瓦、#6瓦缺陷后，于2010年4月08日开机。通过一段时间的观察和对运行曲线参数进行分析发现， #5瓦轴振偏大和#6瓦瓦温偏高原因是SSS离合器对中不好，与瓦的本身没有联系。#5瓦轴振大特别是燃机点火升速到3000带负荷期间，轴振达到90um，而此时#5瓦顶轴油压力剧烈波动，SSS离合器啮合瞬间最大达到146um-168um，当SSS离合器啮合后#5瓦轴振缓慢下降到60um达到正常值，当汽机带负荷时#6瓦温度上升至85-87℃。通过近一周时间的运行，#5瓦轴振在SSS离合器啮合前后没有明显的变化。
 #5瓦轴振最大发生在燃机点火转速上升到额定转速带负荷，且在汽机SSS离合器啮合之前，轴振最大达100 um，随着燃机负荷不断增加，轴振越来越小最后稳定在80um。汽机冲转SSS离合器啮合后汽机带负荷，#5瓦轴振恢复到50-60 um稳态运行。#6瓦金属温度高是在SSS离合器啮合汽机带负荷后，最高瓦温达到87℃后稳定在85℃后运行。机组#5瓦轴振最大达到126 um-168 um，是发生在停机过程中SSS离合器脱开瞬间1到2秒钟时间内，之后恢复到80-90 um运行。
 #5瓦轴振大原因分析：由于对中不好或是SSS离合器本身动平衡不好，离合器本身质量不平衡后产生不平衡的离心力，对轴承产生半带涡动现象，轴颈中心偏离中心位位置，轴承油膜间隙通道不是等截面，使流经轴瓦与轴颈之间的间隙最小截面和最大截面流量产生偏差，为了容纳这个差额，油量多的一侧要推动轴颈向油量减少的一侧移动，移动的方向是垂直于偏心距，从而迫使轴颈中心绕着平衡位置发生涡动，这样就产生轴承油膜振荡，（转速达3000rpm时#5瓦顶轴油压力剧烈波动可以看出）轴承油膜刚度差、稳定性差，从而引起轴振大。

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