國產(chǎn)600 MW汽輪發(fā)電機組異常振動的分析處理

韓 濤，王雪峰，白志剛

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

自20世紀80年代末起，東方、哈爾濱、上海三大電氣集團公司陸續(xù)開始生產(chǎn)國產(chǎn)600 MW汽輪發(fā)電機組，目前山西省內(nèi)有30余臺各類國產(chǎn)600MW等級（含660 MW）汽輪發(fā)電機組在役運行，已成為山西電網(wǎng)的主力機組。本文重點對哈爾濱電氣集團生產(chǎn)的部分600 MW機組軸系振動治理實踐經(jīng)驗進行了總結(jié)，以期為國產(chǎn)600 MW機組振動故障的診斷及現(xiàn)場處理提供參考。

該型機組為三缸四排汽布置，軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、2個低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、集電小軸及其相應(yīng)的9個支撐軸承組成。其中汽輪機各轉(zhuǎn)子均為雙支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機-集電小軸轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，9號軸承為滑環(huán)外伸端支撐軸承。軸系示意圖如圖1所示。

圖1 600 MW機組軸系示意圖

1 低壓轉(zhuǎn)子不平衡振動

據(jù)不完全統(tǒng)計目前該類型機組已有6臺發(fā)生過低壓轉(zhuǎn)子葉片圍帶斷裂飛脫故障[1]，多臺機組在檢修時發(fā)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子葉頂圍帶磨損。初步分析表明造成這些故障與設(shè)計制造缺陷有關(guān)，為此山西省內(nèi)有4臺機組在檢修中由制造廠對部分葉片進行了更換，在機組啟動中因低壓轉(zhuǎn)子更換葉片后質(zhì)量不平衡、軸系中心調(diào)整不當(dāng)?shù)仍斐闪水惓Ｕ駝印?/p>

某電廠2號機于2010年3月初停機進行檢修，期間由制造廠對1號、2號低壓轉(zhuǎn)子部分葉片進行了更換，4月15日檢修結(jié)束后開始啟動。額定轉(zhuǎn)速下各軸承軸振、瓦振均以基頻為主，幅值、相位都比較穩(wěn)定，但2號、3號、4號、5號、6號、8號軸承軸振動偏大，尤其4號軸承Y向軸振動達180μm，影響機組的安全運行。為此進行了高速動平衡試驗，在1號低壓轉(zhuǎn)子兩端末級葉輪平衡孔、2號低壓轉(zhuǎn)子兩端末級葉輪平衡孔、發(fā)-勵對輪共計5個加重平面進行了加重。實際加重為：3瓦側(cè)880 g，4瓦側(cè)880 g，5瓦側(cè)690 g，6瓦側(cè)690 g，8瓦280 g。經(jīng)過兩次高速動平衡試驗后，2號機組于4月17日啟動后順利定速，各軸承軸振動均在76μm以內(nèi)，各軸承瓦振均在25μm以內(nèi)，保證了機組安全穩(wěn)定運行。機組動平衡前后額定轉(zhuǎn)速下振動數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 2號機組動平衡前后額定轉(zhuǎn)速下振動數(shù)據(jù)對比表μm

2 集電小軸穩(wěn)定軸承振動

該型機組的9號軸承為集電小軸穩(wěn)定軸承，相當(dāng)數(shù)量的機組在新裝或檢修后啟動中出現(xiàn)軸振超標現(xiàn)象，有的甚至達到跳機值（254μm），并且振動以基頻為主。引起該軸承軸振動偏大的主要原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造和安裝方面存在一定的缺陷。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子和集電小軸為三支承結(jié)構(gòu)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速在2 250 r/min左右，而集電小軸相對較輕，且具有細而長的特點，因此9號軸承對軸系的不平衡響應(yīng)比較敏感。當(dāng)集電小軸存在一定的原始不平衡或發(fā)電機-集電小軸聯(lián)軸器安裝偏差稍大時，9號軸承處就容易產(chǎn)生較大的軸振動?，F(xiàn)場減小9號軸振動的有效辦法是動平衡，一般通過9號軸承側(cè)集電小軸平衡盤上加重可以取得良好的效果。山西省內(nèi)有5臺機組在檢修后發(fā)生過集電小軸振動超標現(xiàn)象。

某電廠2號機于2010年6月停機進行檢修，期間抽發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行了檢查處理。7月7日，2號機組檢修結(jié)束啟動后9號軸承X向軸振達190μm，影響機組的安全運行，經(jīng)分析原因為發(fā)電機-集電小軸對輪中心調(diào)整不當(dāng)所致，經(jīng)計算在9號軸承處加重228 g。處理后2號機組于7月12日啟動后順利定速，各軸承軸振動均在76μm以內(nèi)，各軸承瓦振均在25μm以內(nèi)，保證了機組安全穩(wěn)定運行。機組動平衡前后額定轉(zhuǎn)速下振動數(shù)據(jù)對比如表2所示。

3 發(fā)電機軸承振動

有一部分機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸承處軸振動基本穩(wěn)定在較低水平，但瓦振動產(chǎn)生較大的波動，有時超出報警水平，經(jīng)分析是由于發(fā)電機軸承剛度不足引起的[2—3]。發(fā)電機軸承為端蓋軸承，它與發(fā)電機定子相聯(lián)接，其剛度除取決于軸承本身的結(jié)構(gòu)剛度外，主要受發(fā)電機定子剛度的影響。

表2 機組動平衡前后額定轉(zhuǎn)速下振動數(shù)據(jù)對比表μm

某電廠2號機2010年6月24日晚發(fā)電機振動明顯有異常變化，7號軸承瓦振動從20～25μm變?yōu)樵?0～45μm，且隨負荷變化逐漸增大，經(jīng)過一段時間運行后穩(wěn)定在50～70μm之間?，F(xiàn)場測試氫氣冷卻器及管道振動可達300μm，發(fā)電機靜子中部振動在60μm左右，其7號軸承軸振動一直在80～100μm之間變化不大。經(jīng)分析原因為支撐系統(tǒng)連接剛度下降，其固有頻率與工作轉(zhuǎn)速接近，導(dǎo)致在軸振動變化不大的情況下瓦振產(chǎn)生較大的變化。經(jīng)了解，在檢修中為了調(diào)整低-發(fā)對輪中心將發(fā)電機底座下的墊片去除，但未做定子負荷分配試驗，結(jié)果階梯墊片四個角的階梯墊片沒有墊實，運行中有部分墊片從發(fā)電機定子下逐漸退出，導(dǎo)致支撐系統(tǒng)剛度降低、振動增大。因發(fā)電機定子負荷調(diào)整涉及到軸系中心變化，只能在A級檢修中進行，因此確定在臨修中進行高速動平衡處理。2011年1月5日2號機組停機臨修，經(jīng)計算在低-發(fā)對輪處加重600 g，同時在2號低壓轉(zhuǎn)子靠發(fā)電機側(cè)加重440 g以補償?shù)?發(fā)對輪加重對低壓轉(zhuǎn)子的影響，處理后2號機組于1月19日啟動后順利定速、并網(wǎng)帶負荷，在600 MW負荷下7號軸承瓦振動降至20μm以內(nèi)。機組動平衡前后600 MW負荷下振動數(shù)據(jù)對比如表3所示。

4 結(jié)束語

a）制造廠在對國外技術(shù)進行引進時應(yīng)加強消化吸收工作，并需針對多臺機組次末級葉片斷裂的問題進行改進設(shè)計，增加其強度，防止類似異常的發(fā)生，保證機組的安全穩(wěn)定運行。

表3 機組動平衡前后額定負荷下振動數(shù)據(jù)對比表μm

b）在檢修中需注意提高發(fā)電機-集電小軸聯(lián)軸器的安裝質(zhì)量，并控制好9號軸承軸頸的晃度，保證集電小軸穩(wěn)定軸承處軸振動處于良好的水平。如啟動后振動偏大可通過現(xiàn)場高速動平衡改善9號軸承軸振動。

c）檢修時在找正低-發(fā)對輪中心時經(jīng)常要對發(fā)電機定子下的墊片進行調(diào)整，應(yīng)加強控制保證檢修質(zhì)量，必要時可進行定子負荷分配試驗，并按照安裝工藝要求階梯型布置墊片，保證定子承載均勻。此外，也要避免定子氫冷器及冷卻水管等部件產(chǎn)生共振現(xiàn)象而引起發(fā)電機軸承座振動的增大，必要時需改進管路設(shè)計。如啟動后振動偏大可通過現(xiàn)場高速動平衡改善發(fā)電機振動。

［1］ 王延博，何國安，王欣潔.超臨界600 MW機組振動特性分析綜述［J］.熱力發(fā)電，2010，（3）：85-89.

［2］ 施維新.汽輪發(fā)電機組振動及事故［M］.北京：中國電力出版社，2001：113-123.

［3］ 王雪峰，秦萍，李東，等.發(fā)電機后軸承異常振動的診斷處理［J］.山西電力，2006（1）：28-29.