600MW機(jī)組軸系振動(dòng)分析及處理

付開慧

(華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014013)

0 引言

華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭分公司(以下簡(jiǎn)稱華電包頭公司)#1汽輪發(fā)電機(jī)組系哈爾濱汽輪機(jī)有限公司和哈爾濱電機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組于2006年投產(chǎn)運(yùn)行，2009－02－04，進(jìn)行了第1次常規(guī)大修。大修后，機(jī)組#9，#7軸承軸振偏大。華電包頭公司委托內(nèi)蒙古電力科學(xué)試驗(yàn)研究院進(jìn)行了診斷處理，#9軸承軸振有所好轉(zhuǎn)，但#7軸承軸振仍然超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)且隨著負(fù)荷的變化有所波動(dòng)。另外，#5軸承軸振的指標(biāo)也在90μm左右。

通過(guò)對(duì)#1機(jī)組歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，筆者認(rèn)為，軸系振動(dòng)主要由軸系質(zhì)量不平衡引起的，發(fā)電機(jī)本體振動(dòng)是由于軸系振動(dòng)與發(fā)電機(jī)振動(dòng)在同一頻率上而產(chǎn)生共振現(xiàn)象造成的，只要調(diào)整軸系的振動(dòng)頻率就可以消除發(fā)電機(jī)本體振動(dòng)。

1 機(jī)組概況

華電包頭公司#1機(jī)組為600MW亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽沖動(dòng)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組軸系由高/中壓轉(zhuǎn)子、低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子、低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子以及8個(gè)支承軸承和1個(gè)穩(wěn)定軸承組成，各轉(zhuǎn)子之間均為剛性聯(lián)軸器連接，機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

該機(jī)組安裝了菲利浦MMS－6000型汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)監(jiān)測(cè)TSI(Turbine Supervisory Instrumentation)系統(tǒng)。此次測(cè)試系統(tǒng)布置在TSI機(jī)柜前，振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)從TSI系統(tǒng)的緩沖輸出端子(BUF)接入NBZJZ－4型便攜式振動(dòng)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)及頻譜分析。

另外，在汽輪機(jī)平臺(tái)上布置了Bently公司生產(chǎn)的9200型速度傳感器，鍵相信號(hào)從前置端子并聯(lián)出來(lái)，二次儀表采用Bently公司TK－83型便攜式振動(dòng)表，用于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)各軸承垂直、水平和軸向瓦振動(dòng)。

3 振動(dòng)現(xiàn)象和特點(diǎn)

2009年年初，#1機(jī)組大修后，#9，#7軸承軸振動(dòng)偏大。內(nèi)蒙古電力科學(xué)試驗(yàn)研究院組織技術(shù)人員針對(duì)#9軸承軸振進(jìn)行了處理，通過(guò)在勵(lì)磁小軸尾部圓盤以及勵(lì)磁風(fēng)扇環(huán)進(jìn)行動(dòng)平衡工作，#9軸承軸振水平有所改善。#7軸承軸振比大修前有所抬高，在運(yùn)行中隨負(fù)荷、真空的參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)。通過(guò)查閱機(jī)組的歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)(見表1)以及運(yùn)行人員描述的振動(dòng)現(xiàn)象，該機(jī)組振動(dòng)有如下特點(diǎn):

(1)振動(dòng)問(wèn)題主要集中在#7軸承，軸振最大達(dá)170μm，在通常情況下，軸振為135μm左右。

(2)振動(dòng)主要以基頻分量為主，含有少量的二倍頻成分。

(3)振動(dòng)隨有功負(fù)荷的增大而增加且與汽輪機(jī)排汽真空有一定的關(guān)系。

(4)#5軸承最大軸振90μm左右。

從該機(jī)組振動(dòng)特點(diǎn)分析來(lái)看，振動(dòng)是由軸系質(zhì)量不平衡故障引起的，主要是由低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器原始質(zhì)量不平衡、聯(lián)軸器螺栓緊力不足或不均勻、在大負(fù)荷下產(chǎn)生的附加不平衡及因真空度變化造成聯(lián)軸器對(duì)中改變引起的附加不平衡。

消除該振動(dòng)可從以下2個(gè)方面入手:

表1 #1機(jī)組動(dòng)平衡前相關(guān)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)(通頻) μm

(1)檢查低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器螺栓緊力，確保各螺栓緊力足夠并均勻分布。

(2)保持軸系動(dòng)平衡。

4 軸系動(dòng)平衡

#1機(jī)組軸系動(dòng)平衡加重工作進(jìn)行了2次。第1次是在機(jī)組供熱改造停機(jī)臨修中，根據(jù)TDM歷史數(shù)據(jù)，在低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器進(jìn)行試加重，質(zhì)量為1000 g。啟動(dòng)后，機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下，#7，#8軸承軸振均降低至80μm以下，#7，#8軸承瓦振動(dòng)均降低至10μm以內(nèi)，說(shuō)明該聯(lián)軸器試加重工作是成功的。由于第1次加重后，#6軸承瓦振動(dòng)超過(guò)50μm，#9軸承軸振達(dá)90μm，隨即決定進(jìn)行第2次動(dòng)平衡加重工作。第2次動(dòng)平衡加重工作是同時(shí)在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子兩端末級(jí)葉輪以及勵(lì)磁機(jī)小軸尾部圓盤上進(jìn)行的。在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子#5，#6軸承端末級(jí)葉輪300°，120°位置上分別加1根平衡螺栓，質(zhì)量為330 g，在勵(lì)磁機(jī)小軸尾部圓盤50°位置上增加質(zhì)量為65 g。動(dòng)平衡加重后，2009－11－19 T 05:48，#1機(jī)組啟動(dòng)。在升速過(guò)程中，軸系各軸承軸振動(dòng)最大未超過(guò)110μm。定速3000 r/min后，在軸系振動(dòng)中，振動(dòng)最大的是#7軸承x和y向軸振動(dòng)，均為70μm左右。其余測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)均未超過(guò)65μm。機(jī)組軸振動(dòng)水平達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)良水平。各運(yùn)行工況下相關(guān)測(cè)點(diǎn)詳細(xì)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

5 相關(guān)問(wèn)題討論

5．1 軸系臨界轉(zhuǎn)速

機(jī)組在出廠前，生產(chǎn)廠家會(huì)對(duì)單轉(zhuǎn)子實(shí)施動(dòng)平衡試驗(yàn)并在出廠說(shuō)明書或者技術(shù)規(guī)范中給出每段轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子到現(xiàn)場(chǎng)連接成軸系后，轉(zhuǎn)子的支承特性往往會(huì)發(fā)生改變，相鄰轉(zhuǎn)子間也會(huì)相互影響，臨界轉(zhuǎn)速往往會(huì)發(fā)生變化?，F(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)升速控制系統(tǒng)中的臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)臨界轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)定。若偏差較大的話，當(dāng)超過(guò)實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，升速率太低會(huì)造成振動(dòng)放大，甚至跳機(jī)，對(duì)機(jī)組壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。該機(jī)組幾次升降速過(guò)程測(cè)得實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速見表3，控制系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速設(shè)定應(yīng)為表3中的實(shí)測(cè)臨界轉(zhuǎn)速值。

表2 動(dòng)平衡后相關(guān)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)(通頻) μm

表3 實(shí)測(cè)臨界轉(zhuǎn)速 r/min

5．2 #7 軸頸晃度

軸系低轉(zhuǎn)速下的晃度是指由機(jī)械、電磁和材質(zhì)因素引起的非振動(dòng)偏差(如被測(cè)軸段偏心、彎曲、軸表面不圓度及局部缺陷、剩磁、材質(zhì)不均勻、表面殘余應(yīng)力等)，這些因素都會(huì)引起非振動(dòng)偏差。晃度的測(cè)量結(jié)果可用來(lái)判斷轉(zhuǎn)子對(duì)中狀態(tài)是否滿意，例如，轉(zhuǎn)軸是否有暫時(shí)彎曲或者聯(lián)軸器是否有水平或角度不對(duì)中(曲柄效應(yīng))的問(wèn)題。

由于該機(jī)組#7軸承軸頸處晃度嚴(yán)重超標(biāo)(見表4)，說(shuō)明低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器的對(duì)中狀態(tài)不佳。聯(lián)軸器故障會(huì)在機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行或者負(fù)荷變化時(shí)表現(xiàn)出來(lái)，這也是大修后隨負(fù)荷變化的#7軸振幅值波動(dòng)劇烈的原因所在。此次臨修中增加了聯(lián)軸器螺栓緊力，#7軸振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象有所改善。由于晃度將混入振動(dòng)信號(hào)中，GB/T 11348．2—2007《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和判定》中規(guī)定:晃度不應(yīng)超過(guò)相當(dāng)于許用振動(dòng)位移的25%(比如規(guī)程規(guī)定許用振動(dòng)為80μm，則晃度不應(yīng)超過(guò)20μm)。如果晃度在此范圍內(nèi)，在轉(zhuǎn)軸振動(dòng)測(cè)量中可不扣除其影響;如果晃度超出此范圍，應(yīng)分析原因并采取補(bǔ)償(扣除)或其他措施。表4列出了#7軸頸晃度值以及扣除晃度后#7軸承實(shí)際軸振動(dòng)值?？鄢味群螅?7軸承x，y方向軸振動(dòng)都在50μm以內(nèi)，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)秀水平。

表4 #7軸承處軸頸晃度值以及實(shí)際振動(dòng)值(基頻) μm/∠°

5．3 低壓轉(zhuǎn)子瓦振動(dòng)

此次低壓轉(zhuǎn)子平衡后啟動(dòng)，定速為3 000 r/min時(shí)，#5軸承垂直方向軸瓦振動(dòng)為13μm，#6軸瓦振動(dòng)為31μm，#5，#6軸振動(dòng)降至50μm左右。

帶負(fù)荷后，#5，#6軸承軸振動(dòng)趨勢(shì)基本保持穩(wěn)定，說(shuō)明來(lái)自轉(zhuǎn)子的不平衡激振力較小，但#6軸瓦振動(dòng)隨負(fù)荷變化有所爬升，滿負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定在45μm左右。這種現(xiàn)象表明，軸瓦振動(dòng)增大的原因是軸承座結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題，即軸承座動(dòng)剛度較差引起的。影響軸承座動(dòng)剛度主要有3個(gè)方面的因素:一是結(jié)構(gòu)剛度，二是連接剛度，三是共振。軸承的結(jié)構(gòu)剛度是由其幾何尺寸、材料決定的，是結(jié)構(gòu)的固有特性，即部件之間連接緊密程度對(duì)剛度的影響。現(xiàn)場(chǎng)最容易出現(xiàn)的問(wèn)題是連接剛度變差，建議檢查軸承座地腳螺栓的緊力以及底座與臺(tái)板、二次灌漿之間的連接情況。

6 結(jié)論及建議

(1)#1機(jī)組振動(dòng)大主要是由軸系質(zhì)量不平衡造成的。通過(guò)對(duì)低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子、低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器以及勵(lì)磁小軸圓盤實(shí)施高速動(dòng)平衡后，軸系振動(dòng)有較大的改善。

(2)#7軸頸晃度超標(biāo)，反映低壓Ⅱ/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器連接狀態(tài)不佳。建議對(duì)其檢查并在今后大修中重新調(diào)整軸系對(duì)中狀態(tài)。

(3)扣除晃度影響，軸系振動(dòng)均小于70μm，達(dá)到了GB/T 11348．2—2007《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和判定》規(guī)定的優(yōu)秀水平，也達(dá)到新機(jī)投產(chǎn)評(píng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良水平;軸瓦振動(dòng)也處于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格水平。

(4)軸系的暖機(jī)轉(zhuǎn)速不能達(dá)到1900 r/min，在此轉(zhuǎn)速內(nèi)屬于共振區(qū)，可根據(jù)實(shí)測(cè)臨界轉(zhuǎn)速共振區(qū)調(diào)整暖機(jī)轉(zhuǎn)速在1800～1850 r/min。

［1］施維新．汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)［M］．北京:中國(guó)電力出版社，2008．

［2］王詠梅．大型汽輪機(jī)摩擦振動(dòng)的故障特征分析［J］．湖南電力，2003(1):20－23．

［3］莊肖曾，高繼鳴，劉衛(wèi)．汽輪機(jī)本體檢修［M］．北京:中國(guó)電力出版社，1998．