某臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器不對(duì)中振動(dòng)故障的診斷處理

郭玉杰，李克，石峰，杜新定

(1.河南省電力公司電力科學(xué)研究院，鄭州 450052；2.大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472143; 3.大唐洛陽首陽山發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471900)

汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)超標(biāo)故障大多數(shù)發(fā)生在帶負(fù)荷運(yùn)行過程中，但有時(shí)也會(huì)發(fā)生在啟動(dòng)升速過程中。啟動(dòng)升速過程中的振動(dòng)故障基本上由動(dòng)靜碰磨、軸承故障、質(zhì)量不平衡、不對(duì)中、支撐部件松動(dòng)等機(jī)械因素造成。有些故障由單一因素造成，有些則由多種因素引起，各因素相互影響，可能需要2～3次啟動(dòng)升速，逐步消除振動(dòng)故障，才能完成機(jī)組的振動(dòng)故障診斷與處理。

聯(lián)軸器不對(duì)中主要由制造工藝不良、運(yùn)行工況大幅度變化和檢修工藝等多種原因造成，是引起機(jī)組振動(dòng)故障的主要原因之一。聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，不同形式聯(lián)軸器的振動(dòng)特征不同，處理方法亦不同[1-4]。

針對(duì)某臺(tái)機(jī)組檢修后在啟動(dòng)升速過程中的振動(dòng)超標(biāo)故障，首先消除了動(dòng)靜碰磨故障，然后指出了勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)原因是撓性聯(lián)軸器不對(duì)中。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后，完全消除了機(jī)組的振動(dòng)故障。

1 機(jī)組振動(dòng)測(cè)試

該機(jī)組是國(guó)產(chǎn)亞臨界330 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)型式為亞臨界中間再熱雙缸雙排汽凝汽式，發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫。該機(jī)組共有10套支承軸承，機(jī)組軸系如圖1所示。1#，2#軸承為支承汽機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子的落地軸承；3#，4#軸承為汽機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的2個(gè)坐落在排汽缸上的支承軸承；5#，6#軸承為支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端蓋軸承；7#，8#軸承為支承主勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的落地軸承；9#，10#軸承為支承副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的端蓋軸承。

圖1 機(jī)組軸系簡(jiǎn)圖

機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置如下：1#～6#軸承均安裝2個(gè)電渦流傳感器，2個(gè)渦流傳感器相互垂直，自汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看，左45°為x向，右45°為y向。為了測(cè)試主勵(lì)磁機(jī)的振動(dòng)，臨時(shí)在7#，8#軸承上安裝了1個(gè)振動(dòng)速度傳感器。

2011年6月29日，該機(jī)組檢修結(jié)束。本次檢修工作主要有揭高中壓汽缸、檢查7#和8#軸承軸瓦等。

1.1 第1次啟動(dòng)升速過程

2011年6月29日12：22，機(jī)組沖轉(zhuǎn)。13：04機(jī)組定速2 000 r/min，6x，6y軸振動(dòng)分別為79和90 μm，振動(dòng)隨時(shí)間有逐步降低的趨勢(shì)；13：22分別穩(wěn)定在39和35 μm(圖2)。根據(jù)6x，6y軸振動(dòng)隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為振動(dòng)隨時(shí)間的不穩(wěn)定性和可逆性，但是相位變化較小，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)有明顯的異常聲和膠木“燒焦”氣味，再結(jié)合該測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，判斷6#軸承附近動(dòng)靜碰磨。7#和8#軸承垂直振動(dòng)分別為130 和110 μm。暖機(jī)過程中，7#，8#軸承垂直振動(dòng)沒有減小趨勢(shì)。15：24打閘停機(jī)。

圖2 6x，6y軸振動(dòng)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖

檢查發(fā)現(xiàn)6#軸承附近滑環(huán)外罩支撐膠木板與軸碰磨，對(duì)其進(jìn)行了打磨處理。為排除動(dòng)靜碰磨的影響，決定下次啟動(dòng)時(shí)暫時(shí)不安裝滑環(huán)外罩。

1.2 第2次啟動(dòng)升速過程

2011年6月29日22∶32，機(jī)組沖轉(zhuǎn)。22∶45機(jī)組定速2 000 r/min，7#，8#軸承垂直振動(dòng)分別為28 和13 μm；23∶48分別穩(wěn)定在29和11 μm；23∶49開始升速，2 300 r/min后振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高而增大，2 474 r/min時(shí)7#和8#軸承垂直振動(dòng)分別為102和155 μm，打閘停機(jī)。7#和8#軸承振動(dòng)變化如圖3和圖4所示。振動(dòng)頻譜上，7#和8#軸承振動(dòng)分別為108和148 μm，主頻率是基頻(分別為60和51 μm)，但存在很多高次諧波。

圖3 7#，8#軸承振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化的波德圖

圖4 7#，8#軸承垂直振動(dòng)的頻譜圖

與上次啟動(dòng)定速2 000 r/min對(duì)比，7#和8#軸承振動(dòng)大小類似，略有降低。但是振動(dòng)現(xiàn)象又有所變化，出現(xiàn)了隨轉(zhuǎn)速升高而振動(dòng)同步增大的新問題。檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)兩側(cè)端蓋碰磨，需進(jìn)行調(diào)整處理。

1.3 第3次啟動(dòng)升速過程

2011年6月30日6∶15，為排除碳刷對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，現(xiàn)場(chǎng)拆除了碳刷。機(jī)組沖轉(zhuǎn)，6∶33機(jī)組定速2 000 r/min，7#和8#軸承垂直振動(dòng)分別為25和12 μm。6∶48開始升速，振動(dòng)現(xiàn)象與上次類似，即2 300 r/min后振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高而增大，2 438 r/min時(shí)7#和8#軸承垂直振動(dòng)分別為74和87 μm，打閘停機(jī)。

2 振動(dòng)原因分析與處理

機(jī)組振動(dòng)主要表現(xiàn)在7#，8#軸承上，振動(dòng)性質(zhì)為不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)，頻譜圖中沒有低頻振動(dòng)分量，說明振動(dòng)不是軸瓦自激振動(dòng)造成的，可以排除軸瓦缺陷、潤(rùn)滑不良等。

從機(jī)組振動(dòng)發(fā)生的部位上判斷，故障部位應(yīng)位于7#，8#軸承附近，相鄰的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸振動(dòng)基本上沒有變化，可以明確故障源不在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上。

振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高而同步變化，考慮到并網(wǎng)之前出現(xiàn)的振動(dòng)故障，可排除電氣因素，說明引起機(jī)組振動(dòng)的原因是機(jī)械因素：質(zhì)量不平衡和聯(lián)軸器不對(duì)中。結(jié)合本次檢修的情況，也沒有引起勵(lì)磁機(jī)質(zhì)量不平衡問題的相關(guān)工作，也就是說勵(lì)磁機(jī)無質(zhì)量不平衡問題。因此認(rèn)為引起7#，8#軸承振動(dòng)的原因是發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)聯(lián)軸器不對(duì)中。發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖5所示，該型聯(lián)軸器是波形節(jié)聯(lián)軸器，是撓性聯(lián)軸器的一種形式。

圖5 聯(lián)軸器示意和測(cè)量面圖

查閱機(jī)組檢修記錄，為了檢查勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子外觀和兩端軸承，檢修中拆下了電端聯(lián)軸器的螺栓，而勵(lì)端聯(lián)軸器螺栓沒有進(jìn)行相關(guān)檢查工作。拆卸、安裝聯(lián)軸器過程可能會(huì)造成聯(lián)軸器同心度發(fā)生變化，甚至同心度超標(biāo)。因此，檢查的重點(diǎn)是電端聯(lián)軸器的晃度，測(cè)量面為A和B。聯(lián)軸器共有10個(gè)螺栓，如圖6所示，晃度測(cè)量以螺栓為參考點(diǎn)，也就是說測(cè)量位置與螺栓一致。測(cè)量結(jié)果見表1。

圖6 晃度測(cè)量示意圖

表1 檢修前后A，B測(cè)量面晃度值 mm

從表1中可以看出，4-9測(cè)量面相對(duì)晃度為0.15 mm，而制造廠家規(guī)定撓性聯(lián)軸器徑向晃度應(yīng)小于0.05 mm，說明該值明顯超標(biāo)，直接導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)波形節(jié)聯(lián)軸器的不對(duì)中，聯(lián)軸器不對(duì)中會(huì)產(chǎn)生激振力，導(dǎo)致聯(lián)軸器兩側(cè)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)，導(dǎo)致軸或者軸承振動(dòng)增大，與分析結(jié)果基本符合。

考慮到汽輪機(jī)汽缸溫度高的實(shí)際情況，決定在盤車狀態(tài)下進(jìn)行晃度調(diào)整，盤車轉(zhuǎn)速為3～4 r/min，轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，可以間斷進(jìn)行檢修調(diào)整，最終將4-9測(cè)量面相對(duì)晃度降低為0.07 mm。

2011年6月30日20∶20，機(jī)組沖轉(zhuǎn)。20∶38機(jī)組定速2 000 r/min， 7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動(dòng)分別為23，15和15 μm。隨后開始升速，在2 547 r/min下勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)峰值，7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動(dòng)分別為43，33和52 μm，機(jī)組振動(dòng)合格。具體振動(dòng)變化如圖7所示。

圖7 7#，8#軸承振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化的波德圖

空負(fù)荷3 000 r/min下，7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動(dòng)分別為23，10和27 μm，說明機(jī)組振動(dòng)良好。帶負(fù)荷運(yùn)行中勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)穩(wěn)定，與空負(fù)荷時(shí)對(duì)比，基本上變化不大。

3 結(jié)束語

(1)該型機(jī)組檢修后的振動(dòng)故障是由動(dòng)靜碰磨和發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)波形節(jié)聯(lián)軸器不對(duì)中2種因素共同引起的，2種因素相互影響，需要一個(gè)一個(gè)逐步分析排除。通過3次啟動(dòng)升速的振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比，首先消除了動(dòng)靜碰磨，然后診斷出發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)波形節(jié)聯(lián)軸器的不對(duì)中。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整晃度值，消除了該機(jī)組的振動(dòng)故障。

(2)該機(jī)組發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)波形節(jié)聯(lián)軸器振動(dòng)特征與質(zhì)量不平衡類似，均表現(xiàn)為隨轉(zhuǎn)速升高而增大，主頻率是基頻，需要結(jié)合機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修情況進(jìn)行綜合分析。