某國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及處理

朱小紅 姚杰新 南陽(yáng)天益發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 南陽(yáng)

某國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及處理

朱小紅 姚杰新 南陽(yáng)天益發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 南陽(yáng)

某國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)存在低壓轉(zhuǎn)子支承軸承瓦振超標(biāo)的故障問(wèn)題。本文針對(duì)產(chǎn)生該振動(dòng)問(wèn)題的根本原因進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了增加低壓缸支承軸承動(dòng)剛度的嘗試。最后利用機(jī)組幾次臨停機(jī)會(huì)，在機(jī)組低壓1轉(zhuǎn)子、低壓2 轉(zhuǎn)子及低發(fā)對(duì)輪上加重，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)動(dòng)平衡，將機(jī)組軸振降低到了50 μ m以?xún)?nèi)，從而使該機(jī)組低壓缸瓦振得到控制。

汽輪機(jī)；振動(dòng)；故障診斷；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡；動(dòng)剛度

turbine；vibration；field dynamic balance；dynamic stiffness

1 概述

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組大量投產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已有上百臺(tái)國(guó)產(chǎn)600MW亞臨界和超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)，河南省內(nèi)也已有20多臺(tái)投產(chǎn)。雖然，三大制造廠對(duì)國(guó)外引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了充分的消化與吸收，國(guó)內(nèi)的制造加工工藝及安裝水平也有了很大的提高，但是，由于近年來(lái)國(guó)內(nèi)投產(chǎn)600MW級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)組數(shù)量較多，三大動(dòng)力集團(tuán)產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到極限，機(jī)組生產(chǎn)工期大大縮短；加之火電機(jī)組安裝建設(shè)工期也一再縮短，從目前新投產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行情況來(lái)看，仍有不少振動(dòng)方面的問(wèn)題。

南陽(yáng)天益發(fā)電有限責(zé)任公司#4機(jī)組，系東方汽輪機(jī)廠和東方電機(jī)廠生產(chǎn)的600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，2008年4月投產(chǎn)。該機(jī)組共有9個(gè)支承軸承（如圖1）。#1、#2號(hào)軸承為支承汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的兩個(gè)落地可傾瓦軸承； #3、#4、#5、#6號(hào)為橢圓瓦，軸承坐落在低壓缸上，其中#3、#4軸承支承低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子（LPI），#5、#6軸承支承低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子（LPII）；#7、#8號(hào)軸承為支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端蓋軸承，#9軸承為支承集電環(huán)轉(zhuǎn)子的落地軸承，發(fā)電機(jī)和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支承結(jié)構(gòu)。

2 機(jī)組故障診斷及分析

2.1 振動(dòng)現(xiàn)象和試驗(yàn)分析

圖1 #4機(jī)組軸系圖

表1 08年處理前 350MW時(shí)機(jī)組振動(dòng)情況

圖2 #3、#4、#5、#6瓦振降速過(guò)程波特圖

機(jī)組首次啟動(dòng)定速后，除#3軸瓦振動(dòng)偏大為61μm外，其他各瓦振動(dòng)均小于50μm。該機(jī)組在通過(guò)168h試運(yùn)前整組啟動(dòng)四次，在空負(fù)荷和低負(fù)荷試驗(yàn)中，先后三次出現(xiàn)#1～4軸振逐步上升現(xiàn)象，其中#1X軸振最大到180μm，后通過(guò)關(guān)閉軸封減溫水和調(diào)整軸封壓力，各軸振數(shù)據(jù)下降，說(shuō)明高中壓汽封有帶水現(xiàn)象。機(jī)組在升負(fù)荷及168h試運(yùn)過(guò)程中，出現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子支承軸承#3、#4、#5、#6瓦振超標(biāo)，#7Y軸振超標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量瓦蓋及低壓缸端板振感明顯，而且越靠近低壓缸軸封處，振動(dòng)越大，其中#4瓦軸承箱蓋最大達(dá)110 μ m。表1是機(jī)組在350MW負(fù)荷時(shí)各瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)。

帶350MW負(fù)荷情況下，機(jī)組軸振除#3X向?yàn)?0 μ m、#4Y向?yàn)?1 μm外，其余均達(dá)到小于76 μ m的優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)；而#3、#4、#5、#6瓦振分別為86 μm、88 μm、57 μ m、97 μm，嚴(yán)重超標(biāo)，威脅著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

降速過(guò)程中，#3～#6瓦振（圖2）在3000r/min處隨著轉(zhuǎn)速的降低很快下降，但是在轉(zhuǎn)速下降過(guò)程中，#3～#6軸振（圖3）雖然也有一定程度的降低，但是與瓦振相比降低幅度較小，這說(shuō)明低壓缸轉(zhuǎn)子支承軸承固有頻率比較接近3000r/min。

另對(duì)現(xiàn)場(chǎng)真空、排汽溫度、凝汽水位、潤(rùn)滑油溫等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)#3～6軸承振動(dòng)與機(jī)組真空值及排汽溫度大小有一定的關(guān)系，其他參數(shù)對(duì)機(jī)組振動(dòng)影響不大。

2.2 振動(dòng)原因分析

根據(jù)以上振動(dòng)現(xiàn)象和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)與分析，可將該機(jī)組各振動(dòng)問(wèn)題可能因素歸結(jié)于以下幾方面：

（1）對(duì)于在空負(fù)荷和低負(fù)荷試驗(yàn)中，先后三次出現(xiàn)#1～4軸振逐步上升現(xiàn)象，是由于機(jī)組軸封供汽系統(tǒng)存在蒸汽，易帶水或溫度變化劇烈問(wèn)題。當(dāng)?shù)蜏剌S封蒸汽進(jìn)入軸封，尤其是高中壓軸封，會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)過(guò)程或帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程軸封局部變形，發(fā)生動(dòng)靜碰磨產(chǎn)生熱不平衡量影響機(jī)組振動(dòng)；另外轉(zhuǎn)子受到冷水或冷氣的直接冷卻也會(huì)產(chǎn)生熱不平衡量造成轉(zhuǎn)子彎曲或產(chǎn)生熱不平衡量影響機(jī)組振動(dòng)。當(dāng)軸封供汽溫度正常后，軸封變形及轉(zhuǎn)子局部冷卻的現(xiàn)象消失，振動(dòng)現(xiàn)象就會(huì)緩解。

（2）機(jī)組低壓缸軸承坐落在缸體兩端，瓦振幅值隨機(jī)組真空或排汽溫度變化有較大的變化，而軸振卻比較穩(wěn)定，說(shuō)明低壓缸端板及軸承座支承剛度易受真空或排汽溫度影響。而軸承座及端板支承剛度又決定了缸體的固有振動(dòng)頻率，當(dāng)缸體及軸承座的固有振動(dòng)頻率與機(jī)組工作頻率比較接近時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致瓦蓋及汽缸端板振動(dòng)放大。查DCS歷史數(shù)據(jù)中的超速試驗(yàn)過(guò)程（圖4）發(fā)現(xiàn)，#3～#5蓋振在2800～3060r/min的確存在一個(gè)峰值，這也說(shuō)明該機(jī)組低壓缸轉(zhuǎn)子支承軸承振動(dòng)偏大的根本原因在于其固有頻率處于工作轉(zhuǎn)速附近。

圖3 #3、#4、#5、#6軸振振降速過(guò)程波特圖

表2 09年動(dòng)平衡處理后，該機(jī)組600MW時(shí)機(jī)組振動(dòng)情況

圖4 DCS歷史記錄顯示#3、#4、#5瓦振在3000rpm附近存在共振峰值

（3）發(fā)電機(jī)前軸承（#7Y）軸振偏大，且隨機(jī)組負(fù)荷增加而有一定增加趨勢(shì)，根據(jù)東方電機(jī)廠600MW發(fā)電機(jī)近年運(yùn)行情況分析，該現(xiàn)象與汽-發(fā)轉(zhuǎn)子中心偏差、軸系動(dòng)不平衡及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱變量有關(guān)。

3.振動(dòng)處理

對(duì)于某一個(gè)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，影響其振動(dòng)大小的因素有以下三個(gè)因素：剛度、激振力、阻尼，要降低一個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)水平，相應(yīng)的可以針對(duì)以上三個(gè)方面采取以下措施，降低系統(tǒng)的激振力，增加系統(tǒng)的剛度，或增加系統(tǒng)的阻尼。

本機(jī)組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)難易程度，從三個(gè)方面分析入手，一是對(duì)于#3～6瓦振需要從其裝配及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來(lái)查找原因，解決其瓦振偏大甚至大于軸振的問(wèn)題；二是降低振動(dòng)的激振力，具體說(shuō)對(duì)于汽封帶水帶冷氣造成機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題，就是設(shè)法使軸封溫度正常，消除由此產(chǎn)生的熱不平衡量，進(jìn)而消除振動(dòng)。對(duì)于低壓缸瓦振問(wèn)題及#7軸振問(wèn)題，就是通過(guò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)動(dòng)平衡的方式減小機(jī)組轉(zhuǎn)子的不平衡量，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的方式將機(jī)組軸振控制在一個(gè)比較低的水平（＜50μm）；三是增大該機(jī)組#3瓦的振動(dòng)阻尼，但這一方案由于受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，幾乎無(wú)法實(shí)施?；谝陨匣舅枷耄贫ㄒ韵鹿收咸幚矸桨?。

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)上述方案，電廠現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)檢查了該機(jī)組的軸封和本體熱力系統(tǒng)，并對(duì)可能導(dǎo)致軸封進(jìn)水或疏水不暢問(wèn)題的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)完善。具體進(jìn)行的工作有：

（1）完善軸封供汽系統(tǒng)。軸封供汽母管至高、中、低壓軸封支管上各有一道斜插式濾網(wǎng)處于垂直安裝狀態(tài)，而濾網(wǎng)筒體下部未安裝疏放水管，濾網(wǎng)筒體就相當(dāng)于疏水灌，在機(jī)組啟動(dòng)或停運(yùn)過(guò)程中，濾網(wǎng)筒體積水無(wú)法排除，就會(huì)隨著軸封供汽進(jìn)入軸封，導(dǎo)致軸封進(jìn)汽溫度發(fā)生較大的變化，進(jìn)而造成機(jī)組軸振變化。

經(jīng)改變?yōu)V網(wǎng)安裝方向或增加疏放水管路，就可改善軸封進(jìn)汽質(zhì)量，保證軸封系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

（2）完善軸封減溫水系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)汽輪機(jī)正常運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)自密封，高中壓缸末級(jí)軸封漏氣經(jīng)減溫器減溫后供Ⅰ、Ⅱ低壓缸軸封用汽，實(shí)際減溫水來(lái)自凝結(jié)水系統(tǒng)，機(jī)組負(fù)荷變化造成凝結(jié)水壓力有0.4～0.7MPa的變化，會(huì)影響到減溫水壓力和流量。而減溫器后測(cè)溫元件的相對(duì)距離較近又會(huì)影響到減溫水調(diào)整閥的開(kāi)度和進(jìn)入低壓缸兩端軸封供汽的溫度。

經(jīng)對(duì)減溫水管道增加Φ5的節(jié)流孔板，并將軸封減溫器后測(cè)溫元件后移，即可改善進(jìn)入低壓缸軸封的供汽品質(zhì)。

經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化，軸封系統(tǒng)趨于合理完善，機(jī)組啟停和運(yùn)行中不再出現(xiàn)#1～4軸振產(chǎn)生較大波動(dòng)的現(xiàn)象。也說(shuō)明新裝機(jī)組在軸封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方面需要早期考慮系統(tǒng)的合理完善，以減少機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)干擾。

3.2 缸體結(jié)構(gòu)分析

168 h試運(yùn)后，電廠利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查#3～#6軸承的安裝情況，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)安裝、焊接等方面異常問(wèn)題，由于現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)采取了增加低壓缸軸承座支承的方式，試圖通過(guò)提高低壓缸軸承工作轉(zhuǎn)速下動(dòng)剛度（即使支承軸承固有頻率遠(yuǎn)離工作轉(zhuǎn)速），但這一方法沒(méi)能奏效。

考慮到該機(jī)組是東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的部分同類(lèi)機(jī)組不同程度存在類(lèi)似振動(dòng)問(wèn)題，電廠與制造廠就缸體結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了分析交流。制造廠認(rèn)為：上述瓦振超標(biāo)只是軸承箱蓋振動(dòng)超標(biāo)，并非反映軸瓦實(shí)際振動(dòng)，主要考核軸振指標(biāo)，并出具了可在上述瓦振水平長(zhǎng)期運(yùn)行的反饋意見(jiàn)。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)就地測(cè)量，并不是像廠家所說(shuō)只是“蓋振”超標(biāo)，軸承中分面甚至包括整個(gè)缸體振動(dòng)都嚴(yán)重超標(biāo)，所以說(shuō)制造廠這一說(shuō)法缺乏理論依據(jù)。且在以后的機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修中，對(duì)低壓缸各瓦進(jìn)行進(jìn)檢查發(fā)現(xiàn)，#3、4、5、6瓦（尤其是上瓦）的烏金部位有不同程度的脫胎和震裂現(xiàn)象，這進(jìn)一步說(shuō)明了，該振動(dòng)對(duì)軸瓦具有一定的破壞力。因此，建議制造廠有必要從汽缸結(jié)構(gòu)、金屬材料選型和焊接等方面考慮加強(qiáng)汽缸軸承座和端板的剛度，改變軸承座固有頻率，以從根本上解決該振動(dòng)問(wèn)題。

3.3 降低振動(dòng)的激振力

在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)完善、汽輪機(jī)本體檢查及現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軸承座加固后，低壓轉(zhuǎn)子支承軸承振動(dòng)仍然超標(biāo)。結(jié)合河南電力試驗(yàn)研究院及制造廠兩方意見(jiàn)，考慮到機(jī)組安全運(yùn)行及發(fā)電公司經(jīng)濟(jì)效益等，決定機(jī)組暫時(shí)堅(jiān)持運(yùn)行，利用以后的停機(jī)機(jī)會(huì)，采用現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)動(dòng)平衡的方式，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，即降低轉(zhuǎn)子的激振力，通過(guò)減小軸振進(jìn)而控制低壓缸瓦振。

此后約1年時(shí)間內(nèi)，利用該機(jī)組臨停機(jī)會(huì)，先后對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了二次動(dòng)平衡處理，分別在低壓1、低壓2轉(zhuǎn)子及低發(fā)對(duì)輪上加重。處理后，（表2）機(jī)組在空載及帶負(fù)荷情況下，#1～#8軸振均小于50 μ m。由于機(jī)組軸振已經(jīng)降低到了很低的水平，對(duì)于機(jī)組軸承來(lái)說(shuō)，激振力已經(jīng)非常小，低壓缸瓦振也都控制到了40 μ m以?xún)?nèi)，達(dá)到合格水平，在振動(dòng)方面機(jī)組具備了安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件。

4.結(jié)論

（1）引起該機(jī)組低壓缸兩端軸承振動(dòng)大問(wèn)題的根本原因是低壓轉(zhuǎn)子支承軸承固有頻率在工作轉(zhuǎn)速附近，造成該軸承動(dòng)剛度偏低，具體表現(xiàn)為瓦振與軸振相比明顯偏大，甚至出現(xiàn)瓦振超過(guò)軸振的現(xiàn)象。實(shí)際中反映出國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、質(zhì)量、工藝、材料等方面存在著消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)方面時(shí)仍然存在一定的問(wèn)題。

（2）處理低壓缸軸承振動(dòng)大問(wèn)題，從理論上分析具體可以從兩方面采取措施，即增強(qiáng)其動(dòng)剛度或降低激振力。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，前者實(shí)施起來(lái)一般帶有一定的盲目性，效果不可預(yù)測(cè)，一般很難將機(jī)組振動(dòng)降低到合格范圍內(nèi)；而后者現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)，實(shí)施方便，投入少，所有完全利用機(jī)組臨停時(shí)間來(lái)進(jìn)行，不需要單獨(dú)對(duì)機(jī)組進(jìn)行啟、停操作，且經(jīng)過(guò)處理后機(jī)組瓦振在各種負(fù)荷下都能控制到50 μ m以?xún)?nèi)。

（3）需要考慮新裝機(jī)組在軸封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝方面系統(tǒng)的合理完善，以減少機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)干擾。本機(jī)組啟動(dòng)初期出現(xiàn)#1～4軸振偏大或波動(dòng)大的原因是軸封系統(tǒng)存在軸封易進(jìn)水的設(shè)計(jì)、安裝方面的缺陷。經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化后軸封系統(tǒng)趨于完善，機(jī)組啟停和運(yùn)行中不再出現(xiàn)#1～4軸振偏大或產(chǎn)生較大波動(dòng)現(xiàn)象。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京:水利電力出版社.1999

[2]陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)[M].北京：中國(guó)電力出版社.2004

[3]王再田,趙學(xué)賓,等.135MW機(jī)組軸承振動(dòng)偏大的處理經(jīng)驗(yàn)[J].電力建設(shè).2002,23(12):20-28

[4]寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡[M].北京:中國(guó)電力出版社.2007

The Vibration Failure diagnosis and Treatment of domestic 600MW Steam Turbo-set

Zhu xiaohong Yao jiexin NanYang TianYi Power Generation CO.LTD

Since the unit went into production, it always has the question of bearing bush over-proof vibration in LP rotor. The article analyzes the basic reason, and describes the attempt at increasing the bearing’s dynamic stiffness. Through increasing weight on #1 rotor,#2 rotor and coupling between LP cylinder and generator, and making the field dynamic balancing experiment, the problem is solved by vibration reduced to below 50 μ m.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.068

book=3,ebook=218

1、朱小紅（1970 -）男， 河南南陽(yáng)人，生產(chǎn)技術(shù)部主任，長(zhǎng)期從事發(fā)電設(shè)備管理工作。

2、姚杰新(1964 -)，男， 河南南陽(yáng)人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事發(fā)電設(shè)備管理工作