火電廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中幾個(gè)問題的探討

羅劍斌，袁立平，劉占輝，黃建偉

（1.河南省電力試驗(yàn)研究院，河南 鄭州 450052; 2.河南電力物資公司，河南 鄭州 450052）

振動標(biāo)準(zhǔn)對于評價(jià)火電機(jī)組及主要旋轉(zhuǎn)輔機(jī)設(shè)備的振動狀態(tài)，保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行安全起著極其重要的指導(dǎo)作用。目前評價(jià)設(shè)備的振動有3種測量指標(biāo)：軸瓦振動、轉(zhuǎn)軸相對振動、轉(zhuǎn)軸絕對振動。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，某些專業(yè)人員對于依據(jù)振動標(biāo)準(zhǔn)分析評判設(shè)備超標(biāo)或異常振動問題還存在一些模糊認(rèn)識。根據(jù)多年參加振動標(biāo)準(zhǔn)制定和修編研討、現(xiàn)場機(jī)組設(shè)備的振動測試與狀態(tài)評價(jià)，對應(yīng)用振動標(biāo)準(zhǔn)過程中遇到的幾個(gè)問題進(jìn)行分析。

1 汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子原始晃度的扣除與保留

軸振動測量過程中存在轉(zhuǎn)子原始晃度問題。轉(zhuǎn)子原始晃度是在低轉(zhuǎn)速(300～400r/min)下所呈現(xiàn)的振動位移峰峰值。影響因素包括機(jī)械、電磁和轉(zhuǎn)軸材質(zhì)等，例如：軸端偏心、彎曲、軸表面不圓度及局部缺陷、剩磁、材質(zhì)不均勻等?！罢駝訕?biāo)準(zhǔn)”規(guī)定，一般情況下轉(zhuǎn)子原始晃度不得超過許用振動位移值的25%。超過該數(shù)值，應(yīng)分析原因并采取補(bǔ)償或者其他措施予以改進(jìn)。從振動分析角度來講，該轉(zhuǎn)速下的數(shù)值不能作為轉(zhuǎn)軸振動值，轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速3000 r/min的各種運(yùn)行參數(shù)工況下振動數(shù)值應(yīng)該是該測點(diǎn)原始晃度值與轉(zhuǎn)子振動幅值相互疊加的復(fù)合值。

在早期美國本特利DVF-Ⅱ和TK20振動分析儀上，都設(shè)計(jì)有補(bǔ)償校正的扣零功能，也就是轉(zhuǎn)速300r/min左右時(shí)，把振動幅值調(diào)至零，振動測量值是從300r/min以上開始計(jì)量的。所以現(xiàn)在有一些振動專家學(xué)者認(rèn)為在穩(wěn)定工況下，應(yīng)該從振動幅值中扣除原始晃度。從工程的角度理解，這樣做在轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡試驗(yàn)時(shí)及振動測量過程中是可行的，但在現(xiàn)場機(jī)組振動故障診斷中，原始晃度值對于判別轉(zhuǎn)子對中是否合格，診斷轉(zhuǎn)軸是否有暫時(shí)彎曲，聯(lián)軸器是否有水平或角不對中，原始晃度都是非常有用的。另外由于受到轉(zhuǎn)軸的暫態(tài)彎曲，軸頸在瓦內(nèi)的不規(guī)則移動，轉(zhuǎn)軸軸向運(yùn)動等因素的影響，現(xiàn)場測量的原始晃度值，不是穩(wěn)定工況下的轉(zhuǎn)軸原始晃動。因此，不能簡單地考慮把額定轉(zhuǎn)速下的振動矢量減去原始晃度矢量作為評價(jià)振動狀態(tài)的依據(jù)。對某些機(jī)組存在轉(zhuǎn)子彎曲或聯(lián)軸器不對中等故障因素，暫時(shí)又不具備處理?xiàng)l件，測量采集的振動信號數(shù)據(jù)就應(yīng)作綜合考慮與識別分析。

2 采用軸振動或軸瓦振動評價(jià)設(shè)備振動

上個(gè)世紀(jì)80年代，由于國內(nèi)發(fā)電機(jī)組容量和測量技術(shù)的限制，普遍采用測量軸承蓋振動來評價(jià)設(shè)備振動。其后，隨著大機(jī)組的振動問題與分析診斷技術(shù)的需求以及測量技術(shù)的發(fā)展，逐漸重視了軸振測量。由于測量絕對軸振在裝置與技術(shù)上存在多種條件的限制，現(xiàn)在大多采用相對軸振測量。相對軸振反映的是轉(zhuǎn)子相對于軸承座的振動，不受軸承座絕對振動的影響，可以始終提供轉(zhuǎn)軸在軸瓦間隙的徑向振動信息。許多人認(rèn)為相對軸振動靈敏、準(zhǔn)確反映機(jī)組振動狀態(tài)，而忽視了軸瓦振動測量，有些機(jī)組甚至只考慮設(shè)計(jì)安裝軸振測點(diǎn)，而不裝軸瓦振動傳感器。原國家電力公司《火電機(jī)組啟動驗(yàn)收性能試驗(yàn)導(dǎo)則》對設(shè)備振動試驗(yàn)明文規(guī)定：如果能夠測量轉(zhuǎn)軸振動，以軸振動測量結(jié)果為主。

某些600MW機(jī)組低壓缸軸承上蓋的結(jié)構(gòu)為一個(gè)薄鋼板罩在軸承座之上，軸承蓋與上瓦枕不直接接觸，現(xiàn)場測量軸承座振動的傳感器就安裝在這個(gè)軸承蓋上。有些機(jī)組實(shí)測相對軸振動只有50～60 μ m，而軸瓦振動達(dá)到70～80 μm。制造廠家認(rèn)為由薄鋼板組成的軸承蓋剛度比軸承座剛度要低，其振動自然要比軸承本身的振動大。因此，認(rèn)為軸瓦振動雖然超標(biāo)，但也不影響機(jī)組運(yùn)行安全，對該問題采用回避或漠視的態(tài)度。實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，軸承蓋頂部傳感器所測得的數(shù)值與在軸向同一位置汽缸中分面(軸瓦座落在汽缸排汽缸上)所測的數(shù)值相差無幾，就是說軸承蓋上傳感器測得的振動可以反映機(jī)組真實(shí)的軸瓦振動情況。

對于大型(≥300MW)汽輪發(fā)電機(jī)組,低壓轉(zhuǎn)子的軸承大多坐落在低壓排汽缸上,發(fā)電機(jī)軸承坐落在發(fā)電機(jī)端蓋上,導(dǎo)致軸承與外殼的支撐剛度不足以及運(yùn)行中的弱化降低，致使其本身定子結(jié)構(gòu)共振頻率接近機(jī)組工作頻率。在軸振動不大情況下，軸瓦振動可能達(dá)到或超過軸振動幅值。從設(shè)備振動響應(yīng)和設(shè)備安全狀態(tài)分析，如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的相對軸振很小而瓦振很大，意味著站在固連于缸體的運(yùn)動座標(biāo)上看，做弓形回轉(zhuǎn)的軸振動很小，動靜部分的摩擦或兩者相對接觸可以避免；但機(jī)組設(shè)備承受的動應(yīng)力和軸承承受到的動應(yīng)力還取決于缸體本身的振動量值；缸體和支承振動大，機(jī)組設(shè)備構(gòu)件承受的動應(yīng)力必定較高。

例如，某臺超臨界600MW機(jī)組，在425MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，7號軸振動最大值僅有49 μm，7號軸瓦垂直振動可達(dá)117 μm，致使安裝在附近的發(fā)電機(jī)冷卻水管道經(jīng)常振裂。分析發(fā)現(xiàn)，7號軸承在超速試驗(yàn)過程中，最大振動峰值在3060r/mim，判明7號軸承座運(yùn)行處于結(jié)構(gòu)共振狀態(tài)，所以采用軸瓦振動評價(jià)是完全必要的。

又如：某臺超臨界600MW機(jī)組，在470MW負(fù)荷運(yùn)行，1號軸振動達(dá)到160 μm，而1號軸瓦垂直振動最大值只有15 μm，進(jìn)一步分析是由于1號瓦支撐剛度很大，軸瓦振動響應(yīng)靈敏度很低，不能真實(shí)反映機(jī)組振動狀態(tài)，而此時(shí)采用軸振動更準(zhǔn)確反映機(jī)組振動水平。

一般來說，轉(zhuǎn)子振動信號數(shù)據(jù)反映轉(zhuǎn)子振型、擾動力特性、轉(zhuǎn)子中心及彎曲度變化的特征。軸瓦振動信號數(shù)據(jù)反映支撐條件與定子剛度穩(wěn)定性與變化程度。

通過以上分析，對于軸承剛度較大，轉(zhuǎn)子質(zhì)量較輕(高中壓轉(zhuǎn)子)的設(shè)備，在評價(jià)設(shè)備振動時(shí)以軸振動比較合理；對于低壓和發(fā)電機(jī)設(shè)備，轉(zhuǎn)子質(zhì)量重、軸承支撐剛度低，在評價(jià)設(shè)備振動時(shí)必須同時(shí)采用軸振和瓦振，因?yàn)橥哒癯瑯?biāo)也會發(fā)生設(shè)備故障或者事故。

3 輔機(jī)軸承振動評判

對輔機(jī)軸承振動的評價(jià)，有的采用振動位移(峰峰值)，有的采用振動烈度(速度有效值)，傳統(tǒng)的方法是采用振動位移。隨著轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究和測量技術(shù)的發(fā)展，考慮到輔機(jī)設(shè)備大多采用滾動軸承等多種因素，國標(biāo)推薦采用振動烈度。

例如：1臺轉(zhuǎn)速為1500r/min的風(fēng)機(jī)設(shè)備，振動烈度4.6mm/s(達(dá)到推薦的合格值)，若把該振動看做只含轉(zhuǎn)頻振動(對大多設(shè)備都適用)，它的振動峰峰值應(yīng)該是82.8 μm；按《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》規(guī)定的1500

r/min軸承座振動位移峰峰值70 μm為合格標(biāo)準(zhǔn)，該風(fēng)機(jī)振動不合格。

若采用既可測振動位移又可測振動烈度的測振儀，例如日本理應(yīng)公司的VM-63，測量位移(通頻值)與按上面公式計(jì)算的數(shù)值基本一致，表明該風(fēng)機(jī)振動響應(yīng)基本上為轉(zhuǎn)動頻率振動；若差別較大，表明風(fēng)機(jī)振動除了轉(zhuǎn)動頻率成分外，還包含有其他振動頻率成分。當(dāng)振動分量有明顯的高頻成分時(shí)，振動烈度大，振動位移??；當(dāng)振動分量有明顯的低頻成分時(shí)，振動烈度小，振動位移大。這是現(xiàn)場采用便攜測振儀簡易診斷振動類型的有效方法。

現(xiàn)場輔機(jī)轉(zhuǎn)速一般為1500r/min以下，工作轉(zhuǎn)速頻率低，使用振動位移作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，往往難以達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，采用振動烈度作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，則較容易達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

由于輔機(jī)一般采用滾動軸承支撐，軸承振動頻率成分比較復(fù)雜。輔機(jī)測振儀采用速度型或加速度型傳感器，振動烈度值能夠直接反映出設(shè)備振動響應(yīng)，振動烈度大，意味著輔機(jī)的振動狀態(tài)劣化。因此，輔機(jī)軸承振動采用振動烈度作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)更為合理。

4 結(jié)束語

(1) 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)子原始晃度的問題，不應(yīng)簡單地采用扣除補(bǔ)償，應(yīng)作具體分析而定。

(2) 振動評價(jià)采用軸振動或軸瓦振動問題，從保證機(jī)組安全的角度，在考核相對軸振的同時(shí)，瓦振的考核是不能輕視的一項(xiàng)指標(biāo)。

(3) 輔機(jī)設(shè)備應(yīng)用振動烈度作為標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)更為合理。

參考資料：

1 陸頌元. 600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動缺陷剖析. 汽輪機(jī)技術(shù)，2008.02

2 羅劍斌，荊百林. 火電廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)介紹與應(yīng)用. 河南電力，2006.1