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燃机水洗后启机轴系振动高分析及运行操作应对方案 为了降低燃料成本，月亮湾电厂的PG9171E机组在2000年到2009年之间基本都是燃用重油。因重油油质差，会在热通道部件上积垢，故燃机燃重油运行每间隔一定时间，就要水洗一次，以清洗热通道积垢，恢复机组性能出力。但如果水洗前对燃机热通道冷却过急或冷却温度不达标，都会造成机组水洗后启动过临界转速时，振动高，影响到燃机部件安全，导致启机失败。 一、 体现燃机不同水洗操作方式和水洗后起机振动高的关系的实例 9E机组曾使用过三种水洗方式，分别是爆破式水洗、压气机加药水洗和水冲洗，爆破式水洗为正常的水洗方式，以恢复机组出力为主要目的，水洗用时长；而水冲洗则是简单水洗，省略了爆破式水洗中的浸泡环节，在恢复机组出力上不如爆破式，但能节约水洗时间约1个小时，通常是为缩短燃机热通道冷却时间，满足快速检修、满足再次启机的并网时间要求；压气机加药水洗是在爆破式水洗程序基础上，增加了压气机加药环节，多耗时30分钟，一般是几次爆破式水洗间隔后，进行一次压气机加药水洗，以清洗压气机叶片油污。通常按照这三种水洗方式操作水洗后，起机都不会出现振动高的情况。但往往因为在三种水洗方式中出现特殊操作，改变水洗程序，如果再次启动时，燃机没有充分高盘，常常会出现振动高。 1. 燃机正常水洗程序操作后起机实例。 实例一：2003年03月02日，水洗结束后07：14盘车停运，轮间温度最高45度，检修工作结束后07：28起盘车，07：33起机，振动无异常。 实例二：2003年10月01日，水洗结束后08：00盘车停运，轮间温度最高58度。10月02日19：00起低速盘车，10月03日16：20起机，振动无异常。 实例三：2004年07月11日，水洗结束后09：20停运盘车，轮间温度最高60度。检修结束14：57起高盘30分钟后正常起机，振动无异常。 这些实例都说明，无论三种水洗方式的那种，按正常水洗程序操作后，再次起机都不会出现振动高现象。 2.打破正常水洗程序，在水洗操作中加入其他工作，改变了盘车停运时间的实例 实例一：2005年7月23日05：20水洗加药浸泡后停运盘车，交检修人员工作，09：47起高盘水冲洗，10：58起机，二阶临界转速燃机最高振动BB2达17.31mm/s，被迫停机，11：18再次开始高盘，11：51第二次起机，二阶最高振动BB2瞬时见11.64mm/s后快速回落，空载满速后燃机最高振动回落于3.1mm/s以下，带负荷运行振动值正常。两次起机过程中滑油母管压力和温度，轴瓦及回油温度均无异常变化。停运盘车期间轮间温度变化如下：
此实例中，停运盘车时间累计在3小时以上时，从实例五与实例六停运盘车后的轮间温度变化比较中可以发现，实例五起盘车前（盘车停运时间累计11小时30分钟）的轮间温度总体已呈下降趋势且较均匀（温差小），而实例六则仍然升降不齐且温差大，这说明实例五中由热应力引起的转子弯曲已基本消除（或正在消除），弯曲主要由转子自身重力引起；而实例六（盘车停运时间累计4小时30分钟）则因热应力仍然作用其中，且较3小时以内造成对转子弯曲影响大，转子弯曲程度（或弯曲复杂程度）应比实例一至五都大，加上转子自身重力引起的弯曲，综合二者因素，因此虽然盘车时间也达到1小时以上，但仍未能消除转子弯曲，从而引起起机过程中高振动。实例六的两次起机振动曲线与2004年09月14日的两次起机振动曲线极为相似，处理方法相同，因此，两次事件的原因也应相同。另外压气机段（特别是后几级）热应力的变化也应考虑，因燃机本身无具体测量数据，这里也就不作具体分析。 从上面分析中得出，停运盘车时间的长短与转子因热应力引起的弯曲有这样的规律：盘车停运初期应力逐渐增大，经过一段时间后应力达到最大，即转子弯曲最大，维持一定时间后应力又随着温度场的均匀而逐步消失，转子由热应力引起的弯曲也随之消失。 3. 其他停盘车后，再次起机振动高的实例 实例一：2003年06月14日，04：49因台风影响导致全厂失电，盘车停运，04：53燃机零转速，此时轮间最高温度250℃，05：15厂用电恢复后起低速盘车，08：38起机维持高盘2分钟后执行正常起机程序，振动无异常。 实例二：2003年11月03日，因辅助滑油泵故障，04：05盘车停运，此时轮间最高温度270℃，04：20起低盘，06：46高盘5分钟后起机，振动无异常。 实例三：2003年12月19日，10：37因系统故障导致全厂失电，燃机跳闸，盘车停运，10：53燃机零转速，此时轮间最高温度370℃，12：12起低盘，12：24开始高盘，12：45监视各测点振动值均在0.1mm/s以下后执行起机程序，起机过程中二阶最高振动瞬间见11.8mm/s后快速回落，空载满速后振动值稳定在4.2mm/s左右,带负荷运行振动也无异常。（当时因电网需求紧张，此次处理过程虽然已违反操作规范（因紧急跳闸后停运盘车已超过40分钟），但为顾全大局，经领导批准，仍然执行了起机操作。本文这里只作特例。） 从上述实例中可以看出，燃机处于热态中盘车停运后，短时间内（一般30分钟以内）热应力对转子造成的弯曲影响尚小，重起盘车后，经过2小时的低盘，在加上起机前高盘几分钟，紧急情况下可按规范在燃机振动不达报警值的条件下直接高盘30至60分钟，基本可以消除停盘车期间热应力及重力引起的转子弯曲，从而避免起机高振动。 二、 燃机停盘车后再次起机高振动的原因分析 燃气轮机停盘车后，再次起机过程中高振动一般有以下几个方面的原因： 1. 转子弯曲 转子弯曲通常分为弹性（暂时性）弯曲和塑性（永久性）弯曲两类。弹性弯曲通常是由于转子内部温度分布不均匀而产生热应力，引起转子沿径向热膨胀的不同而产生的变形弯曲，当转子内部温度均匀后，热应力基本消失，热弯曲也自然消失；或者停机后转子处在某静止位置时间较长，由于自身重力作用产生弯曲变形，经过一段时间的盘车后弯曲又可消除。因此，这种变形弯曲是暂时性的。而塑性弯曲则不同，它是由于转子局部区域受到急剧加热（或冷却）时，产生很大的热应力，当热应力超过转子材料的屈服极限时，转子将产生局部塑性变形弯曲，当转子温度均匀后，该部位仍存在残余应力，致使塑性变形不消失，表现为永久性弯曲变形。另外如果动静之间的间隙消失，或通流间隙内掉入杂物等，均能使转子受到摩擦，并因摩擦产生局部过热，而局部过热形成变形。 转子产生变形弯曲后，由于转子质量中心与回转中心不重合，存在偏心，转动时产生不平衡离心力，从而引起机组振动。弹性（暂时性）弯曲消除后，由此引起的转子振动也将消失，而因塑性（永久性）弯曲而引起的振动将随其永久存在。 2. 转子支承系统的变化 当机组基础框架发生不均匀下沉或轴瓦、轴承座、地脚螺丝产生松动时；当安装着轴承的气缸变形时；当轴承供油不足或油温过低使油膜遭到破坏时等等；这些因素都会使轴系的受力发生变化，从而引起机组的振动。 3. 轴承油膜涡动和油膜振荡 当轴承稳定性变差，轴承过度磨损，润滑油的粘度或压力不符合要求等，这些都可能引起油膜涡动和油膜振荡，导致机组产生自激振动。这种振荡的 特点是在较宽的转速范围内持续存在，转速升高，振荡现象不会消减。 从实例中停运盘车后起机具体振动现象及相关运行参数来分析，引起起机过程高振动的原因应是上述中的第1种，由于停运盘车后转子内部（或上下方）温度分布不均匀而产生热应力，引起转子沿径向热膨胀的不同而产生的变形弯曲，加上转子自身重力引起的弯曲共同作用，重起后盘车时间太短未能消除转子暂时性弯曲，这是引起起机过程中高振动的直接原因，根据事后检修部门所作的频谱分析中也排除了其他几种振动原因的可能性。 三. 避免停运盘车后起机过程振动高的运行防范措施总结探讨。 根据实例及其分析，为了避免停运盘车后起机过程振动高所应采取的运行防范措施作一些总结： （1）对于水冲洗或水洗加药后停运盘车，应注意观察分析盘车停运期间轮间温度的变 化趋势，因其与产生的热应力有直接关系。一般轮间温度会有所反弹，反弹高度与盘车运 时间有一定关系，根据经验，若在3小时以内，热应力及重力造成的转子弯曲可通过1小 时以上高盘来矫正，若在3小时以上，则应观察盘车停运期间轮间温度的变化趋势，适当 调整高盘时间，但盘车时间不应少于1小时。 （2）对于全厂失电未能及时恢复，或燃机故障造成盘车停运，燃机此时处于热态（轮 间温度150℃以上），若盘车停运时间在30分钟以内，低盘时间应不少于2小时，若选择 高盘，时间应在30分钟以上；盘车停运时间在30分钟以上，则应延长盘车时间。 （3）对于完成水洗全过程后停运盘车，若时间较短（15分钟以内），可进行高盘几分 钟后起机。若时间较长（数小时），起机前投入2小时以上的低盘，或高盘30分钟左右后 起机。若是大修后，应尽量提前投低速盘车（时间上应容易满足），采用低高盘结合方式， 起机前再高盘30至40分钟。这里提一个建议，大修后做超速试验前应保证点火起动到空 载满速一次，使燃机充分预热，然后停机下来，再次起机后再做超速试验。 以上所指高盘结束时应同时满足两个基本条件：一是高盘时间，二是停运高盘前燃机 最高振动不能高于0.1mm/s。即使高盘时间已到，燃机最高振动若高于0.1mm/s，必须延 长高盘时间，以满足振动要求。或者振动已低于0.1mm/s。也必须继续高盘至规定时间。 这是因为转子弯曲产生的不平衡离心力与转速呈平方关系增加，在低转速增大不明显，高 转速时增大较明显，也就是说低转速时燃机虽无明显振动，但并不等于转子没有发生弯曲， 这一点需要十分注意。 一般地，停运盘车后即使经过高盘后，起机过程中燃机振动仍会比平时高，那么需要 掌握的起机振动原则应是：从起机至空载满速前，燃机振动瞬间可允许高至报警值（一般 出现在过临界转速时）以下且无继续上升趋势，空载满速时各测点振动值回落且稳定在正 常范围内（一般在5.0mm/s以下）。 |
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