600 MW機(jī)組勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)分析與處理

劉奇洪

（神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧海 315612）

上海電氣生產(chǎn)的600 MW亞臨界汽輪發(fā)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)很多發(fā)電廠(chǎng)都有安裝，不少機(jī)組出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常的情況，其中包括寧海發(fā)電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組。該汽輪發(fā)電機(jī)組采用N600-16.7/538/538型亞臨界、單軸、四缸四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機(jī)和QFSN-600-2型水氫氫冷卻、采用全進(jìn)口靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。整臺(tái)機(jī)組軸系長(zhǎng)約46 m，如圖1所示。

圖1 寧海電廠(chǎng)一期汽輪發(fā)電機(jī)組軸系示意圖

11號(hào)軸瓦（簡(jiǎn)稱(chēng)11瓦）是支撐勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的軸承，也叫集電環(huán)軸承，處于汽輪發(fā)電機(jī)組尾部。它是4塊可傾瓦組成的自位式軸承，軸承分上下2半，下半軸承依靠2塊球面墊鐵支撐于下瓦座內(nèi)，上半軸承的兩塊球面墊鐵被瓦蓋緊緊壓住。每塊球面墊鐵由4顆內(nèi)六角螺栓固定，墊鐵與軸承之間有絕緣墊片 （一般采用環(huán)氧樹(shù)脂材料），保證軸瓦與瓦座之間絕緣。

1 軸振超標(biāo)現(xiàn)象

機(jī)組A修后啟動(dòng)，各瓦軸振情況良好，除10號(hào)軸瓦處Y方向（簡(jiǎn)稱(chēng)10Y，以下以此類(lèi)推）軸振為84 μm稍微超出優(yōu)良值外，其余各瓦軸振均在優(yōu)良范圍內(nèi)，見(jiàn)表1。

機(jī)組啟動(dòng)后的第12天13∶33負(fù)荷528 MW，11Y軸振從57 μm經(jīng)過(guò)5 h逐漸上升至78 μm，第13天20∶00達(dá)到93 μm。之后11Y軸振基本在90～110 μm 之間波動(dòng)，最高達(dá)到 130 μm， 波動(dòng)周期大約為一天1次。11Y軸振波動(dòng)變化過(guò)程中，11X軸振變化平緩，從34 μm上升到52 μm。9，10號(hào)瓦軸振值穩(wěn)定，振動(dòng)相位也沒(méi)有明顯變化。第50天11Y軸振從117 μm降至85 μm，但11X軸振開(kāi)始明顯爬升，波動(dòng)情況正好相反。當(dāng)11X軸振值爬升至187 μm時(shí)，安排計(jì)劃停機(jī)。 在停機(jī)過(guò)程中11X軸振最大升到322 μm，11Y軸振最大升到 145 μm。

表2 機(jī)組運(yùn)行1個(gè)月期間11瓦軸振波動(dòng)情況

2 第一次處理情況

停機(jī)后對(duì)11瓦進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦、軸頸表面均沒(méi)有損傷。用壓鉛絲方法測(cè)量發(fā)現(xiàn)瓦蓋與軸承之間原有緊力已無(wú)，并形成了一定的間隙，右上方墊鐵與瓦蓋間隙是0.35 mm，而左上方墊鐵與瓦蓋間隙是0.02 mm。在11瓦處軸頸上部測(cè)量軸頸在下瓦翻出后的下降高度值，即軸頸在下半瓦翻出后自然下降的高度為0.28 mm，比A修后的0.68 mm減少0.4 mm。在11瓦左上半墊鐵內(nèi)側(cè)加0.05 mm厚不銹鋼皮，同時(shí)在右上半墊鐵內(nèi)側(cè)加0.40 mm厚不銹鋼皮，將瓦蓋緊力調(diào)整到合格范圍（-0.05～-0.02 mm）內(nèi)。在11瓦軸頸水平位置架設(shè)百分表并盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子測(cè)得軸頸晃動(dòng)度為0.09 mm，而按照廠(chǎng)家標(biāo)準(zhǔn)晃動(dòng)度應(yīng)小于0.05 mm，用力矩扳手緊固集發(fā)對(duì)輪軸器螺栓將軸頸晃動(dòng)度調(diào)整到0.02 mm。檢查集電環(huán)風(fēng)扇部位的平衡塊沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)集電環(huán)通風(fēng)孔內(nèi)部聚集的石墨顆粒物進(jìn)行仔細(xì)清理。

機(jī)組重新啟動(dòng)后11X軸振為0.022 mm，11Y軸振為0.046 mm，連續(xù)運(yùn)行2個(gè)月都比較穩(wěn)定。但2個(gè)月后11X，11Y軸振開(kāi)始明顯增大，上升趨勢(shì)明顯，11X軸振上升至0.123 mm，11Y軸振上升至0.08 mm，振動(dòng)值來(lái)回波動(dòng)，證明此次處理并沒(méi)有找到11瓦軸振異常的真正原因。

3 軸振分析

對(duì)11瓦軸振進(jìn)行頻譜分析，X，Y方向的半頻與2倍頻振動(dòng)都比較小。從表2可以看出，11X軸振的峰峰值、1倍頻振幅與相位變化比較大，峰峰值由 30 μm上升至 136 μm， 又下降到 90 μm左右，而1倍頻振幅由 17 μm上升至129 μm后又下降到73 μm，11X軸振的1倍頻相位從181°增加至280°左右。11Y軸振的峰峰值變化不大，基本在60～80 μm之間波動(dòng)，1倍頻振幅從109 μm下降至50 μm附近，1倍頻相位基本在306°～325°范圍波動(dòng)。11X軸振探頭間隙電壓從-8.9 V變?yōu)?10.4 V，有1.5 V的大幅度波動(dòng)，而11Y軸間隙電壓變化很小。

一般來(lái)說(shuō)，引起軸振超標(biāo)的因素主要來(lái)自軸系或軸承，軸系因素有轉(zhuǎn)子不對(duì)中、動(dòng)靜碰磨、質(zhì)量不平衡等；軸承因素有軸瓦損壞、油膜振蕩、軸承座松動(dòng)、軸瓦支撐失穩(wěn)等。以下采用排除法來(lái)分析11瓦軸振異常原因：

（1）轉(zhuǎn)子不對(duì)中會(huì)引起轉(zhuǎn)頻或多倍頻振動(dòng)，而11瓦軸振以1倍頻為主，其它倍頻振動(dòng)相對(duì)很小，因此可排除“轉(zhuǎn)子不對(duì)中”因素。

（2）11瓦在軸系最尾端，可能發(fā)生“動(dòng)靜碰磨”的地方一般只有密封瓦或集電環(huán)碳刷處。如果密封瓦出現(xiàn)碰磨，則發(fā)電機(jī)9，10號(hào)密封瓦發(fā)生碰磨的可能性較大，而事實(shí)上發(fā)電機(jī)9，10號(hào)瓦軸振幅值及相位一直比較穩(wěn)定，因此也可以排除“動(dòng)靜碰摩”因素。

（3）如果是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，則機(jī)組啟動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生，或出現(xiàn)緩慢爬升，而11瓦軸振是來(lái)回波動(dòng)，因此可以排除“轉(zhuǎn)子不平衡”因素。

（4）從上次解體檢查結(jié)果看11瓦軸承烏金及軸頸表面均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)損傷，說(shuō)明不是“軸瓦損壞”引起的振動(dòng)。

表1 A修后首次3 000 r/min各瓦軸振值μm

（5）現(xiàn)場(chǎng)檢查11瓦軸承座地腳螺栓、中分面螺栓都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)。

對(duì)于可傾瓦來(lái)說(shuō)一般不會(huì)出現(xiàn)油膜振蕩。排除以上因素后，引起振動(dòng)異常的原因最有可能就是軸承支撐失穩(wěn)。

對(duì)11瓦解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)瓦蓋緊力，并且軸頸在下瓦翻出后下降高度的數(shù)據(jù)比A修時(shí)減少了0.40 mm。檢查瓦蓋左右側(cè)緊固螺栓，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)情況，另外瓦蓋抬升只會(huì)引起瓦蓋緊力消失，卻不能同時(shí)使軸頸在下瓦翻出后下降量減少。只有11瓦整體下沉才能導(dǎo)致這兩個(gè)現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)。

11瓦下半部分是依靠2塊與水平方面呈45°的球面墊鐵支撐的，球面墊鐵與軸承之間有兩片相向放置的L型絕緣墊片，該片采用環(huán)氧樹(shù)脂材料制作，具有良好絕緣性能。如果絕緣墊片老化，就會(huì)使絕緣墊片疏松，無(wú)法承受轉(zhuǎn)子和軸承的壓力，當(dāng)被壓縮而厚度減薄時(shí)必然會(huì)造成11瓦整體下沉。不過(guò)左右兩塊墊鐵的絕緣墊片壓縮量不一定相同，這樣就造成11瓦整體下降是偏斜的。這可以從第一次11瓦解體檢查時(shí)測(cè)量瓦蓋緊力的數(shù)據(jù)看出來(lái)，右上方墊鐵與瓦蓋的間隙為0.35 mm，而左上方墊鐵與瓦蓋的間隙只有0.02 mm。

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，包括有功功率、無(wú)功功率、密封油溫、集電環(huán)進(jìn)出口風(fēng)溫、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流、11瓦瓦溫、潤(rùn)滑油溫等，發(fā)現(xiàn)11瓦振動(dòng)、瓦溫和潤(rùn)滑油溫有一定關(guān)聯(lián)性，而與其它參數(shù)都沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)性。潤(rùn)滑油溫變化會(huì)使軸瓦高度發(fā)生微小變化，軸承對(duì)軸頸的支撐剛性也就有微小變化。對(duì)于軸承來(lái)說(shuō)，當(dāng)支撐剛性增大時(shí)軸振減小，支撐剛性減弱時(shí)軸振增大，軸承支撐剛性受到破壞時(shí)更能體現(xiàn)這一特點(diǎn)。

表2中探頭間隙電壓的變化情況也正好反映了軸承高度變化。由于間隙電壓與探頭和軸頸之間的距離成正比，當(dāng)間隙電壓變大時(shí)說(shuō)明探頭與軸頸之間距離大了。11X振動(dòng)探頭間隙電壓從-8.9 V變?yōu)?10.4 V，說(shuō)明11X振動(dòng)探頭與軸頸間距離增大。排除了探頭松動(dòng)的因素后，最終認(rèn)為引起11瓦軸振大的原因是軸承高度降低。

4 第二次處理情況

再次解體11瓦，發(fā)現(xiàn)瓦蓋緊力完全消失，右上墊鐵與瓦蓋間隙為0.30～0.415 mm，左上墊鐵與瓦蓋間隙為0.115～0.365 mm，這次瓦蓋間隙與第一次處理時(shí)相比都更大了，尤其是左上墊鐵與瓦蓋的間隙。同樣，將軸瓦下半翻出后測(cè)得軸頸下降高度為0.34 mm，仍小于A修后0.68 mm。檢查發(fā)現(xiàn)下半軸承的兩塊球面墊鐵不同程度松動(dòng)，其中11X振動(dòng)探頭正對(duì)著的左下墊鐵用手就能輕松移動(dòng)，11Y振動(dòng)探頭正對(duì)著的右下墊鐵用銅棒輕輕一敲也能移動(dòng)。由于在墊鐵表面覆蓋有絕緣的封堵片，一般情況下如果墊鐵沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)都不會(huì)去解體的，這是第一次振動(dòng)未處理好的根本原因。

拆除固定墊鐵的4顆內(nèi)六角螺釘，拿下墊鐵，取出墊鐵與軸承之間的2片L型絕緣墊片。仔細(xì)檢查就會(huì)發(fā)現(xiàn)墊片邊緣部位老化現(xiàn)象很明顯，出現(xiàn)發(fā)黑、疏松現(xiàn)象，用手?jǐn)D壓能滲油，其中左下墊鐵的絕緣墊片老化現(xiàn)象更嚴(yán)重。

11瓦的絕緣墊片老化，說(shuō)明廠(chǎng)家在絕緣墊片的選材方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)。同樣是環(huán)氧樹(shù)脂材料由于選擇不同的添加劑其性能就不同。作為軸承絕緣墊片來(lái)說(shuō)，選擇環(huán)氧樹(shù)脂材料要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）良好絕緣性。

（2）具有較好抗沖強(qiáng)度。

（3）溫度變化時(shí)材質(zhì)性能穩(wěn)定。

（4）材質(zhì)密度要高，具有優(yōu)良抗水性。

特別說(shuō)明，不能采用環(huán)氧玻璃布層壓板作為軸承絕緣墊片。因?yàn)榄h(huán)氧玻璃布層壓板由無(wú)堿玻璃布浸以環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)熱壓而成，雖然絕緣性能好，但長(zhǎng)期受到潤(rùn)滑油的浸泡容易產(chǎn)生分層、疏松，出現(xiàn)如11瓦墊片老化情況。

墊鐵絕緣墊片老化疏松后，在轉(zhuǎn)子和軸承的壓力下被壓縮，使緊固墊鐵的螺栓緊力逐漸減弱直至消失，墊鐵就出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)墊片被壓縮后11瓦整體高度就會(huì)下降，導(dǎo)致出現(xiàn)瓦蓋緊力消失情況。

處理措施是更換上下半軸承墊鐵的絕緣墊片。委托加工廠(chǎng)按照舊墊片重新加工制作新墊片，材料仍然采用環(huán)氧樹(shù)脂，但要挑選密度高和抗壓性能好的材質(zhì)，并嚴(yán)格按照廠(chǎng)家提供的安裝工藝導(dǎo)則進(jìn)行檢修。

處理后機(jī)組重新啟動(dòng)投運(yùn)，11X軸振值22 μm，11Y軸振值23 μm。此后機(jī)組連續(xù)運(yùn)行至今，11X，11Y軸振值一直都在25 μm以?xún)?nèi)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常的問(wèn)題得到了徹底解決。

5 結(jié)語(yǔ)

寧海發(fā)電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)11瓦經(jīng)過(guò)兩次處理，最終徹底解決了勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常的隱患，為發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障，可為同類(lèi)機(jī)組處理軸振問(wèn)題提供一些借鑒。

[1]郝開(kāi)國(guó).汽輪機(jī)設(shè)備檢修技術(shù)[M].北京∶水利電力出版社，1985.

[2]上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司.大型氫冷汽輪發(fā)電機(jī)及無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)組安裝工藝導(dǎo)則（0A410.017）[M].1998.