某臺(tái)供熱機(jī)組的故障振動(dòng)分析與治理

【摘 要】針對一臺(tái)供熱機(jī)組大修后，啟動(dòng)過程中相繼出現(xiàn)的振動(dòng)問題，進(jìn)行了多種運(yùn)行工況的振動(dòng)測試，在數(shù)據(jù)信號的分析與診斷基礎(chǔ)上，采用合理的治理對策，及時(shí)解決了汽輪機(jī)動(dòng)靜碰磨、低頻振動(dòng)等設(shè)備缺陷，保證了機(jī)組的投入生產(chǎn)，運(yùn)行考核效果良好。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；振動(dòng)；碰磨；低頻振動(dòng)；松動(dòng)

1.概述

某臺(tái)供熱機(jī)組(25MW)系武漢汽輪發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的CB25-8.83/6.6/0.73汽輪機(jī)、QF-30-2發(fā)電機(jī)和TEL-130-4勵(lì)磁機(jī)。軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機(jī)組共有5個(gè)支承軸承，發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子采用三支承。#1、#2號軸承為支承汽機(jī)轉(zhuǎn)子，#1軸承為落地軸承，#2號軸承座落在排汽缸上的支承軸承。#3、#4號軸承支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，#3號軸承和#2號軸承在同一軸承箱內(nèi)的落地軸承，#4號軸承為落地軸承。#5號軸承為支承勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子落地軸承。2007年4月大修啟動(dòng)過程中陸續(xù)發(fā)生了多次設(shè)備振動(dòng)故障，經(jīng)對癥分析診斷，得到有效地控制與治理。

2.空載3000r/min下振動(dòng)情況與分析

機(jī)組定速3000r/min運(yùn)行3分鐘，#3～#5軸承振動(dòng)發(fā)生突變，振動(dòng)變化最大的#5瓦水平振動(dòng)由18μm升到192μm，數(shù)據(jù)見表1和圖2。振動(dòng)頻譜分析為基頻振動(dòng)，突變后振動(dòng)值快速爬升。根據(jù)這些特征，現(xiàn)場診斷出現(xiàn)這種機(jī)組不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)惡化故障主要因素有：

⑴動(dòng)靜碰摩；

⑵熱轉(zhuǎn)子與水接觸或局部降溫；

⑶轉(zhuǎn)子上有重物飛脫；

⑷電氣非同步合閘；

⑸聯(lián)軸器靠背輪錯(cuò)位；

⑹轉(zhuǎn)子存在松動(dòng)部件等。

考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件，由于機(jī)組空轉(zhuǎn)，與并網(wǎng)和帶負(fù)荷無關(guān)，所以可以排除⑷、⑸兩項(xiàng)。從時(shí)間判斷，該振動(dòng)發(fā)生突變時(shí)間相對緩慢，可以排除⑵、⑶、⑹，那么最大可能是⑴項(xiàng)動(dòng)靜發(fā)生碰磨，停機(jī)檢查：發(fā)現(xiàn)#4軸承處發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)與端蓋風(fēng)擋摩擦嚴(yán)重，是造成軸承振動(dòng)惡化擴(kuò)散的一個(gè)主要設(shè)備缺陷因素。

進(jìn)一步分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)與定子端蓋風(fēng)擋間隙很小，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，若是運(yùn)行中轉(zhuǎn)子跑偏，或是轉(zhuǎn)子撓度過大，均可導(dǎo)致發(fā)生碰摩故障?？梢圆捎眠m當(dāng)放大動(dòng)靜間隙和降低轉(zhuǎn)子擾動(dòng)力的措施予以控制，經(jīng)現(xiàn)場分析研究確定，通過在#4軸承側(cè)發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)配重396g降低轉(zhuǎn)子殘余不平衡后，空載3000r/min下軸系振動(dòng)穩(wěn)定在17μm以下。

3.并網(wǎng)后的振動(dòng)情況與分析

機(jī)組空載3000r/min下電氣試驗(yàn)完畢，并網(wǎng)帶負(fù)荷機(jī)組又出現(xiàn)軸系低頻振動(dòng)，數(shù)據(jù)如圖3，從圖中可以看出，振動(dòng)增大主要是#3～#5軸承，振動(dòng)幅值時(shí)大時(shí)小，振動(dòng)擾動(dòng)頻率以20Hz為主（見圖3），從振動(dòng)特征判斷振動(dòng)是轉(zhuǎn)子失穩(wěn)所致。通過停機(jī)檢查#3～#5軸承，發(fā)現(xiàn)軸瓦頂隙均偏大，#3、#4軸瓦軸頸Φ360mm，按標(biāo)準(zhǔn)頂隙應(yīng)為0.54mm，實(shí)測均超過0.6mm，#3軸瓦頂隙可達(dá)0.67mm。#5軸瓦軸頸Φ120mm，按標(biāo)準(zhǔn)頂隙應(yīng)為0.18mm，實(shí)測超過0.5mm。采用增加軸承負(fù)載和減小軸瓦頂隙的調(diào)整措施來提高軸系穩(wěn)定性，對軸瓦頂隙進(jìn)行縮小處理，又把發(fā)電機(jī)#3、#4軸瓦均抬高0.1mm，再次啟動(dòng)機(jī)組帶負(fù)荷23MW，連續(xù)運(yùn)行約10小時(shí)，機(jī)組軸系振動(dòng)始終穩(wěn)定在23μm以下。

4.滿負(fù)荷后的振動(dòng)情況與分析

當(dāng)機(jī)組帶上25MW負(fù)荷約17分鐘后，機(jī)組再次出現(xiàn)振動(dòng)惡化，#5軸承振動(dòng)

從23μm升至104μm，振動(dòng)成分以基頻為主，帶有較多高次諧波。

把機(jī)組負(fù)荷降到23MW負(fù)荷下，進(jìn)行變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流試驗(yàn)，當(dāng)電流達(dá)到上限值，經(jīng)過2個(gè)小時(shí)運(yùn)行振動(dòng)保持不變，判斷軸承振動(dòng)與無功負(fù)荷無關(guān)，可以排除是電氣因素引起振動(dòng)變化。從該振動(dòng)變化特點(diǎn)與數(shù)據(jù)信號特征分析，在大負(fù)荷下，機(jī)組仍存在動(dòng)靜碰摩。在很大程度上是由于發(fā)電機(jī)帶上滿負(fù)荷之后，出現(xiàn)的熱不平衡效應(yīng)，鑒于生產(chǎn)方面迫切需要機(jī)組盡快投入運(yùn)行，而大部分時(shí)間是出于25MW負(fù)荷下工況的實(shí)際情況，維持機(jī)組暫時(shí)投入運(yùn)行。

5.結(jié)束語

歸類分析該機(jī)組在大修后啟動(dòng)過程中出現(xiàn)超標(biāo)振動(dòng)的幾項(xiàng)設(shè)備缺陷因素:⑴空載3000r/min下，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與端蓋間隙不適形成的動(dòng)靜碰磨；⑵帶負(fù)荷后軸承失穩(wěn)；帶額定負(fù)荷（25MW）再次產(chǎn)生動(dòng)靜碰摩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱不平衡等條件相關(guān)。通過相應(yīng)的技術(shù)試驗(yàn)和現(xiàn)場測量分析診斷，保障機(jī)組處于合格的設(shè)備振動(dòng)范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]顧晃，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)與平衡 中國電力出版社 1998

[2]施維新，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)與事故 中國電力出版社 1991

作者簡介

龍江志(1979)，男，碩士，機(jī)械工程師，漢族，從事設(shè)備管理工作。