LM6000燃?xì)廨啓C振動故障分析及處理

摘 要：由于清瀾電廠#3號航改型燃?xì)廨啓C在更換完高壓壓氣機葉片后產(chǎn)生了嚴(yán)重的振動故障，文章通過現(xiàn)場振動試驗和對振動信號的頻譜分析，找到了導(dǎo)致產(chǎn)生振動故障的原因，并通過現(xiàn)場動平衡試驗，消除了振動故障，使清瀾電廠#3號燃?xì)廨啓C組振動達到優(yōu)秀水平，為國內(nèi)現(xiàn)場解決航改型燃?xì)廨啓C組振動問題提供了重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C；高壓壓氣機；振動；動平衡

中圖分類號：TK17 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0098-02

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以及燃?xì)鈾C組具有啟停迅速、運行靈活、熱效率高等特點，使燃?xì)怆姀S在電力系統(tǒng)中得到了快速的發(fā)展。燃?xì)廨啓C組在高溫、高壓、高速下運行時，不可避免出現(xiàn)各種各樣的機械故障，其中燃?xì)廨啓C的振動尤其令人關(guān)注。由于燃?xì)廨啓C備件和維修費用昂貴，而較大振動可能導(dǎo)致燃?xì)廨啓C動靜部分發(fā)生碰撞，危害到燃?xì)廨啓C的安全，因此電廠對燃機的振動非常重視。

1 LM6000燃?xì)廨啓C概況

LM6000燃?xì)廨啓C是美國GE公司由航空發(fā)動機改型為輕型燃?xì)廨啓C，采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如圖1所示，主要由燃?xì)廨啓C主體、減速齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)、消音箱體、進氣通風(fēng)系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成。燃?xì)廨啓C主體由5級低壓壓縮機（前面帶有一級可調(diào)入口導(dǎo)葉—VIGV），VBV排氣門，14級高壓壓縮機（前5級定子葉片可調(diào)— VSV），燃燒室，2級高壓鍋輪，5級低壓鍋輪及附件齒輪箱等構(gòu)成。其中低壓壓氣機為5 級，壓比為2.4，高壓壓氣機為14 級，壓比為12。高壓壓氣機采用水平可分開的上下蓋結(jié)構(gòu)，不需要將機組從安裝的箱體中拆下，再回裝，可現(xiàn)場打開，這種結(jié)構(gòu)有利于機組的現(xiàn)場排故工作。低壓轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速為4 325 rpm，高壓轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為10 800 rpm，通過減速箱減速到3 000 r/min后，拖動發(fā)電機發(fā)電。LM6000燃?xì)廨啓C機組采用美國BENTLY 208P振動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視燃機高低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機的相關(guān)振動。

2 振動產(chǎn)生的原因

清瀾電廠于2001年將3臺燃油機組改成燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的LM6000PA航空輕型燃?xì)廨啓C機組，主要承擔(dān)海南電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)。由于燃?xì)廨啓C備件和維修費用昂貴，從成本考慮，清瀾電廠燃?xì)廨啓C一直未進行燃?xì)廨啓C本體大修。由于GE公司于2007年發(fā)表了內(nèi)容為燃機高壓壓氣機第3級動葉由于材料的原因可能斷裂，升級后的第3級葉片改變了新的材料；第4、5級動葉由于熱處理的原因可能斷裂，升級后的葉片改變了熱處理工藝的SB229公告，根據(jù)GE公司的公告和電廠的實際情況，決定對電廠3臺燃?xì)廨啓C高壓壓氣機葉片進行更換處理。#1、#2號燃?xì)廨啓C在更換完相關(guān)的高壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片后，振動有少許增加，皆滿足運行和機組振動要求，更換前滿負(fù)荷的最大振動值是0.43 in/s， 更換后滿負(fù)荷時的最大振動值是0.45 in/s。但#3號燃?xì)廨啓C在更換完相關(guān)的高壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片后，出現(xiàn)了振動超標(biāo)的問題，最大時達到2.5 in/s。并在實際運行中，振動有增加的趨勢，清瀾電廠為了機組運行的安全性，將#3號燃機轉(zhuǎn)為緊急備用狀態(tài)。

3 振動頻譜分析

燃?xì)廨啓C機組由于軸系復(fù)雜， 產(chǎn)生振動的因素較多并且比較復(fù)雜，很多振動故障有著相同的故障表現(xiàn)， 同一振動故障也可能有多方面的反映，對振動信號進行頻譜分析，找到振動產(chǎn)生的根本原因，才能有效的排出振動故障。清瀾電廠委托中國航天科技集團公司608研究所和東南大學(xué)火電機組振動國家工程研究中心對#3號機組進行振動測試并查找振動的原因。通過振動試驗，得到了相關(guān)振動信號分析數(shù)據(jù)和分析圖，如表1及圖2所示。

通過對振動試驗中的數(shù)據(jù)和相關(guān)頻譜信號進行分析可知，高壓轉(zhuǎn)子在升速和停機過程高壓轉(zhuǎn)子振動較大，超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，甚至停機過程中的高壓轉(zhuǎn)子振動幅值超過報警值和停機值。并且高壓轉(zhuǎn)子中振動的主要頻率成分為1X即1倍頻振動，振動的幅值與相位數(shù)據(jù)穩(wěn)定。因此可以判斷造成該燃機高壓轉(zhuǎn)子振動超標(biāo)的原因是高壓轉(zhuǎn)子存在較大的不平衡質(zhì)量。

4 振動處理

要解決因為高壓轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量導(dǎo)致的3#號燃?xì)鈾C組振動超標(biāo)的問題，清瀾電廠對#3號燃機進行了動平衡試驗。根據(jù)對高壓轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量分布狀況的分析，確定在高壓壓氣機第五級葉片位置進行加重。加重角度以鍵相標(biāo)記位置為起點，逆轉(zhuǎn)速方向計算。第一次試加重方案：15 g（3塊平衡塊）∠135°（葉片編號2和3之間為中心點）；第二次試加重方案： 25 g（5塊平衡塊）∠255°（葉片編號33和34之間為中心點），通過對2次試加重數(shù)據(jù)進行分析，最后確定加重方案為：35 g（7塊平衡塊）∠330°（葉片編號23和24之間為中心點），加重后，高壓轉(zhuǎn)子振動幅值到達規(guī)定范圍，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

5 結(jié) 論

燃?xì)廨啓C的振動關(guān)系到機組的安全運行， 導(dǎo)致振動的原因比較復(fù)雜。本文通過振動試驗對燃?xì)廨啓C組的振動數(shù)據(jù)和信號進行分析，找到導(dǎo)致3#號燃?xì)鈾C組振動超標(biāo)的原因是由于高壓轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的，電廠對#3號燃機進行了現(xiàn)場動平衡配重試驗，試驗后#3號燃機在正常負(fù)荷時振動值從1.0 in/s降到了0.2 in/s左右，使燃機的振動幅值達到全廠最低。

參考文獻：

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[2] 董建國，田劍波.燃?xì)廨啓C的振動故障分析燃[J].燃?xì)廨啓C技術(shù)，2004，（2）.