大型機(jī)組故障分析及處理

大型機(jī)組故障分析及處理

0水泵、機(jī)組投運(yùn)運(yùn)行情況宜興某排水能源站配備了四個(gè)單機(jī)容量為250mw的可滲透泵機(jī)械，總安裝功率為1gw。受東方網(wǎng)源和地方電網(wǎng)的雙重調(diào)整，以及調(diào)節(jié)峰、填充糧食、調(diào)節(jié)相位和事故的備用任務(wù)。水泵水輪機(jī)為立軸、單級(jí)混流式,額定轉(zhuǎn)速為375r/min,水輪機(jī)運(yùn)行最高凈水頭為410.7m,最低凈水頭為344.0m,額定凈水頭為363m。機(jī)組為懸式結(jié)構(gòu),設(shè)有上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)軸承,推力軸承為預(yù)壓應(yīng)力多彈簧支撐結(jié)構(gòu)。4臺(tái)機(jī)組在1年內(nèi)先后投產(chǎn)運(yùn)行,3號(hào)和1號(hào)機(jī)組自首次投產(chǎn)運(yùn)行到第3年的C級(jí)檢修,先后出現(xiàn)因軸瓦間隙引起的故障。其中3號(hào)機(jī)組故障比較嚴(yán)重,導(dǎo)致上導(dǎo)軸瓦溫度嚴(yán)重超標(biāo)而更換了軸瓦;1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸瓦溫度也發(fā)生異常,嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。13上導(dǎo)軸瓦制度2011年3月10日至16日,3號(hào)機(jī)組進(jìn)行C級(jí)檢修,17日22:06在機(jī)組完成發(fā)電工況熱運(yùn)行試驗(yàn)后,機(jī)組負(fù)荷降至19MW時(shí),發(fā)電機(jī)斷路器(GCB)拉閘解列后轉(zhuǎn)速開始下降,而此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯示上導(dǎo)軸瓦溫度突然上升。機(jī)組停穩(wěn)后,吊起風(fēng)罩,打開上導(dǎo)軸承,取出14塊巴氏合金瓦塊進(jìn)行全面檢查。經(jīng)檢查,3號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸承的全部軸瓦表面沿機(jī)組發(fā)電工況大軸旋轉(zhuǎn)方向,均出現(xiàn)大小一致的整周被刮擦現(xiàn)象,而且刮擦面發(fā)亮,在軸瓦面旋轉(zhuǎn)終點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)有烏金燒結(jié)現(xiàn)象。檢查大軸與上導(dǎo)軸瓦工作面的接觸情況,大軸軸頸處表面沒(méi)有受損現(xiàn)象,但發(fā)現(xiàn)在上導(dǎo)軸瓦的油槽內(nèi),沿大軸圓周散布著許多金屬碎屑和少量金屬顆粒。分析認(rèn)為,這些碎屑和顆粒可能是從受損的上導(dǎo)軸瓦表面脫落而來(lái)。通過(guò)查詢?cè)O(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SIS)的歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)機(jī)組在進(jìn)行發(fā)電工況熱運(yùn)行試驗(yàn)一段時(shí)間以后,上導(dǎo)軸瓦溫度開始有上升的趨勢(shì),但變化并不明顯,直到機(jī)組GCB跳閘解列后,上導(dǎo)軸瓦溫度才急劇上升。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),機(jī)組軸系各處的擺度幅值,在整個(gè)熱運(yùn)行試驗(yàn)中均比較穩(wěn)定。而對(duì)上導(dǎo)軸瓦的擺度幅值進(jìn)行頻譜分析,發(fā)現(xiàn)頻譜中出現(xiàn)多倍頻成分,其中1倍頻成分占多數(shù),這說(shuō)明在上導(dǎo)軸瓦附近,已經(jīng)表現(xiàn)出了軸頸與上導(dǎo)軸瓦發(fā)生輕度碰磨的頻譜分布特征。而在機(jī)組解列后,上導(dǎo)軸瓦擺度頻譜中的多倍頻成分立即增加,從而使得上導(dǎo)瓦處大軸擺度通頻幅值陡增,此時(shí)上導(dǎo)軸瓦工作面可能已經(jīng)與軸頸發(fā)生嚴(yán)重的碰磨。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組部件受損情況的分析和已有相關(guān)數(shù)據(jù)的比對(duì),分析認(rèn)為3號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸瓦碰磨現(xiàn)象發(fā)生的誘因是在機(jī)組發(fā)電熱運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)束GCB拉閘,上導(dǎo)軸承附近電磁拉力消失的同時(shí),原來(lái)與這部分力相平衡的機(jī)械不平衡力和水推力,對(duì)主軸造成了沖擊。在C級(jí)檢修期間,機(jī)組正好處以冷態(tài),下導(dǎo)軸瓦間隙的縮小和機(jī)組軸系狀態(tài)的某些改變則是發(fā)生碰磨的根本原因。為此,拆卸3號(hào)機(jī)組的上導(dǎo)和下導(dǎo)軸承,排盡含雜質(zhì)的軸承油、清理金屬碎屑,調(diào)整機(jī)組軸系中心,在確認(rèn)軸線間隙合格后,將GCB拉閘負(fù)荷設(shè)定在10MW以下,于3月24日再次開機(jī),在先后完成發(fā)電方向空轉(zhuǎn)和抽水調(diào)相(SCP)工況熱運(yùn)行后,于20:15—21:10進(jìn)行了帶負(fù)荷發(fā)電試驗(yàn),期間,上導(dǎo)軸瓦和下導(dǎo)軸瓦附近各個(gè)測(cè)點(diǎn)的擺度典型波形如圖1所示。由圖1各個(gè)測(cè)點(diǎn)的擺度波形可看出,3號(hào)機(jī)組在發(fā)電過(guò)程中,大軸下導(dǎo)軸承基本以1倍頻振動(dòng)為主,上導(dǎo)仍含有部分倍頻成分,但上下導(dǎo)波形穩(wěn)定、大小均勻。期間,機(jī)架的振動(dòng)和擺度一樣,也很穩(wěn)定,說(shuō)明該機(jī)組的擺度和振動(dòng)均正常。在隨后的不同試驗(yàn)工況期間,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度也正常,尤其在帶負(fù)荷發(fā)電停機(jī)GCB拉閘瞬間,未再見(jiàn)上導(dǎo)軸瓦溫度急劇上升現(xiàn)象,機(jī)組正常運(yùn)行后也能順利完成抽水等運(yùn)行工況。21機(jī)組運(yùn)行情況2011年4月18日1號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修結(jié)束,翌日進(jìn)行20min的發(fā)電方向空轉(zhuǎn),測(cè)得各點(diǎn)的振動(dòng)值和擺度值大小均合格,并在各個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度都正常的情況下,進(jìn)行了SCP工況和220MW負(fù)荷發(fā)電工況試驗(yàn)。4月20日17:17,1號(hào)機(jī)組由靜態(tài)變頻勵(lì)磁(SFC)拖動(dòng),轉(zhuǎn)速逐漸上升,進(jìn)行泵工況和200MW負(fù)荷發(fā)電工況試驗(yàn),17:22并網(wǎng)進(jìn)入SCP工況,大約運(yùn)行50min后,18:13停機(jī)。期間,各個(gè)測(cè)點(diǎn)的擺度值如表1所示,其監(jiān)測(cè)點(diǎn)的波形圖如圖2所示;振動(dòng)值如表2所示,其監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形圖如圖3所示。圖2顯示上導(dǎo)和水導(dǎo)擺度波形比較亂,但基本的波形還是能看得出,這主要是因?yàn)樯蠈?dǎo)和水導(dǎo)擺度的1倍頻比較小;下導(dǎo)擺度波形因?yàn)榛疽?倍頻為主,所以波形特征比較明顯。圖3上下機(jī)架波形特征比頂蓋處的振動(dòng)明顯,這是因?yàn)樯舷聶C(jī)架主要以1倍頻為主,而頂蓋振動(dòng)幅值比較小,且頻率成分因?yàn)楦蓴_變復(fù)雜顯得凌亂。從表1和表2各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)看,該工況下機(jī)組振動(dòng)和擺度幅值均非常小,表示1號(hào)機(jī)組軸系運(yùn)行非常穩(wěn)定。但是在此次SCP工況期間,上導(dǎo)軸瓦1號(hào)瓦塊和11號(hào)瓦塊的進(jìn)出口油溫發(fā)現(xiàn)異常,即進(jìn)油側(cè)溫度高于出油側(cè)溫度。由于1號(hào)機(jī)組剛進(jìn)行過(guò)C級(jí)檢修,故懷疑是瓦塊與軸頸磨合不充分所致。又由于異常點(diǎn)的溫度并不太高,所以暫時(shí)不對(duì)該異常情況處理,待完成發(fā)電工況試驗(yàn)后再做決定。18:231號(hào)機(jī)組發(fā)電方向啟動(dòng),轉(zhuǎn)速迅速升至375r/min后并網(wǎng),18:26負(fù)荷升至220MW,在該負(fù)荷下連續(xù)運(yùn)行約1h,19:38停機(jī)。在220MW負(fù)荷發(fā)電工況期間,各測(cè)點(diǎn)的擺度值如表3所示,振動(dòng)值如表4所示,由表3和表4的數(shù)值可以看出,在這期間所測(cè)各點(diǎn)的幅值較小,機(jī)組擺度和振動(dòng)良好。1號(hào)機(jī)組在此次帶220MW負(fù)荷發(fā)電運(yùn)行期間,發(fā)現(xiàn)該工況初期上導(dǎo)軸瓦的1號(hào)瓦塊和11號(hào)瓦塊進(jìn)油側(cè)溫度均比出油側(cè)溫度低,但到該工況結(jié)束前,出油側(cè)溫度與進(jìn)油側(cè)溫度又都相差不大,分析表3和表4中的數(shù)據(jù),認(rèn)為1號(hào)和11號(hào)瓦塊的溫度異常與機(jī)組擺度及振動(dòng)無(wú)直接關(guān)系。為了檢測(cè)SCP工況期間1號(hào)瓦塊和11號(hào)瓦塊溫度的實(shí)際值,1號(hào)機(jī)組于19:46再次由SFC拖動(dòng),4min后達(dá)到375r/min,并網(wǎng)進(jìn)入SCP工況,20:36機(jī)組解列停機(jī)。此次SCP工況期間,軸系運(yùn)行平穩(wěn),但上導(dǎo)軸瓦的1號(hào)瓦塊和11號(hào)瓦塊的進(jìn)油側(cè)溫度仍比出油側(cè)溫度高。分析其原因,可能是測(cè)溫探頭熱電阻(RTD)溫度檢測(cè)器異常、溫度測(cè)點(diǎn)位置安裝不合適或者瓦塊間隙異常等原因造成。在此次SCP工況結(jié)束后,查詢1號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修前SCP工況下上導(dǎo)軸瓦11號(hào)瓦塊溫度歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)進(jìn)油側(cè)溫度均比出油側(cè)溫度高,但在發(fā)電工況下則基本正常。由于此次C級(jí)檢修期間已對(duì)RTD探頭進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)屬于合格,故在排除RTD探頭裝置異常外,分析認(rèn)為可能是RTD探頭測(cè)點(diǎn)的位置安裝不合適,也可能是瓦塊間隙發(fā)生了異常,應(yīng)該作重點(diǎn)檢查。當(dāng)晚1號(hào)機(jī)組停穩(wěn)后打開上導(dǎo)軸瓦蓋板,發(fā)現(xiàn)RTD測(cè)點(diǎn)位置安裝正確,故對(duì)上導(dǎo)軸瓦的1號(hào)瓦和11號(hào)瓦的進(jìn)油側(cè)和出油側(cè)進(jìn)行間隙測(cè)量,測(cè)量結(jié)果為軸瓦間隙偏小,隨即將這兩塊瓦抽出,對(duì)其進(jìn)出油側(cè)進(jìn)行研磨,然后回裝。4月20日1:30左右1號(hào)機(jī)組開始泵工況運(yùn)行,至7:00左右停機(jī)。整個(gè)泵工況期間,上導(dǎo)軸瓦1號(hào)和11號(hào)瓦塊的進(jìn)油側(cè)和出油側(cè)溫度恢復(fù)正?！M(jìn)油側(cè)溫度低于出油側(cè)溫度。為了檢驗(yàn)發(fā)電工況下各個(gè)測(cè)點(diǎn)的真實(shí)溫度,1號(hào)機(jī)組于9:02啟動(dòng),轉(zhuǎn)速迅速升至375r/min,9:03并網(wǎng)發(fā)電,AGC投入,負(fù)荷在170MW左右波動(dòng),至9:47,推力瓦、上導(dǎo)軸瓦和下導(dǎo)軸瓦的各測(cè)點(diǎn)溫度正常(進(jìn)油側(cè)溫度低于出油側(cè)穩(wěn)定),如圖4所示。圖4中,內(nèi)側(cè)數(shù)字為軸瓦號(hào),外側(cè)數(shù)字為測(cè)溫點(diǎn)序號(hào),最外側(cè)數(shù)字為各測(cè)點(diǎn)溫度值。3機(jī)組工作原理3號(hào)機(jī)組在C級(jí)檢修期間,因上導(dǎo)軸瓦間隙過(guò)小,導(dǎo)致C級(jí)檢修后的各項(xiàng)試驗(yàn)工況下,上導(dǎo)軸瓦均存在輕微碰摩的頻譜特征,由于碰摩程度不是很嚴(yán)重,因此軸瓦溫度并不是非常高。如果大軸在穩(wěn)定運(yùn)行而不受外界沖擊的情況下,上導(dǎo)軸瓦各個(gè)測(cè)點(diǎn)瓦溫將會(huì)穩(wěn)定在某一幅值附近,這也是該機(jī)組C級(jí)檢修后并網(wǎng)前其它試驗(yàn)工況能夠順利過(guò)關(guān)的原因。但在發(fā)電工況結(jié)束前,由于GCB拉閘動(dòng)作瞬間,機(jī)組受到來(lái)自電磁力瞬間消失的沖擊,原本過(guò)于狹小的軸瓦與軸頸間隙難以承受大軸的沖擊,使得軸頸擠壓軸瓦表面,最終導(dǎo)致上導(dǎo)軸瓦因溫度過(guò)高而無(wú)法工作的惡性事故。1號(hào)機(jī)組雖然在C級(jí)檢修期間各軸瓦的測(cè)量間隙均符合要求,但在測(cè)量時(shí)只選擇軸瓦的中間部分(由于設(shè)計(jì)要求,該部位與軸頸的距離最小)作為測(cè)量點(diǎn),這樣,如果因軸瓦在制造過(guò)程中出現(xiàn)誤差——瓦面兩側(cè)的高度和中間高度相差不大,則導(dǎo)致整個(gè)軸瓦間隙不合格。1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸瓦進(jìn)油側(cè)和出油側(cè)的實(shí)際溫度與理論溫度不符主要緣于此。1號(hào)機(jī)組的1號(hào)瓦和11號(hào)瓦的溫度異常在排除RTD故障嫌疑后,針對(duì)這兩塊軸瓦進(jìn)出油側(cè)瓦間隙偏小的缺陷,進(jìn)行研磨處理。處理完畢回裝后,機(jī)組泵工況和發(fā)電工況期間,1號(hào)瓦和11號(hào)瓦的瓦溫均恢復(fù)正常(出油側(cè)溫度高于進(jìn)油側(cè)溫度)。4軸瓦與軸頸之間的間隙不合理和其它大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械一樣,大型抽水蓄能機(jī)組均配備滑動(dòng)軸承,為保證這些旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)部件正常工作,滑動(dòng)軸承的軸瓦與軸頸必須建立合適的油膜,此油膜不但可以潤(rùn)滑軸瓦與軸頸的工作環(huán)境、帶走其間因摩擦產(chǎn)生的熱量,而且可以起到緩沖轉(zhuǎn)子傳遞給軸承的壓力和支撐轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)行的作用。但是建立合適的油膜,軸瓦與軸頸之間保持合理的間隙是首要條件。3號(hào)機(jī)組和1號(hào)機(jī)組在C級(jí)檢修后發(fā)生的兩起故障案例,均因軸瓦與軸頸之間的間隙不合理所致。另外,