200MW 汽輪發(fā)電機組軸承振動異常原因分析及治理

李 軍，王春艷

（1.吉林電力股份有限公司，長春 130022；2.中電投白城發(fā)電公司，吉林 白城 137000）

汽輪發(fā)電機組的振動會造成零部件松動及設(shè)備的損壞，嚴重影響機組的安全性，機組的振動狀態(tài)在很大程度上決定了其運行的可靠性。

某發(fā)電廠2號機組為NC200－12.75／0.39／535／535型、超高壓、中間再熱、單軸三缸兩排汽、冷凝抽汽式汽輪機，高中壓轉(zhuǎn)子采取三支撐結(jié)構(gòu)。2012年11月以來，機組在正常帶負荷運行期間，4號軸承多次出現(xiàn)突發(fā)不穩(wěn)定振動，導致機組因振動保護動作而跳機，嚴重影響了機組安全、穩(wěn)定運行。本文對振動原因進行分析，并提出治理措施，機組檢修調(diào)整后振動平穩(wěn)。

1 不穩(wěn)定振動現(xiàn)象

2012年11月9日，2號機組正常帶130MW 負荷運行期間，4號軸承軸振首次出現(xiàn)突增，引起機組振動保護動作跳機。4號軸承振動突增振動變化曲線如圖1所示。在未采取任何調(diào)整措施的情況下啟動，機組恢復正常運行。此后，機組在2012年12月18日和2013年1月1日先后出現(xiàn)2次因振動保護動作而引起的跳機，現(xiàn)象與第1次相似。

跳機故障發(fā)生后，查看汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測TDM 系統(tǒng)監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)3 次跳機機組振動具有如下共同特征。

a.振動突變主要發(fā)生在4 號軸承上，4 號軸承振動增大后，相鄰軸承振動也相應有不同幅度的增大。

b.3次跳機時的最大振動幅值相近。跳機后，隨著轉(zhuǎn)速的降低，振動幅值迅速降低。

c.振動增大后，頻譜圖中出現(xiàn)了較大幅度的低頻分量，低頻頻率并不是嚴格意義上的半倍頻，而是在0.4～0.5倍頻之間波動。頻率波動的過程中工頻分量幅值和相位也有一定幅度波動。圖2給出了振動突增后4號軸承頻譜。

d.振動突增后，4 號軸承軸總振幅達到290 μm，工頻分量幅值反而有所減小，從100μm 減小到73μm。

2 振動故障原因分析

根據(jù)跳機時的振動記錄數(shù)據(jù)，對2號機組振動突變原因進行分析。多次振動突變都是發(fā)生在4號軸承，說明故障部位在汽輪機側(cè)，與發(fā)電機無關(guān)。振動突變多發(fā)生在穩(wěn)定帶負荷發(fā)電工況下，與不穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩、管道振動、扭振低頻振蕩等之間的關(guān)系不大，與負荷變化之間也沒有太大關(guān)系。

圖1 機組振動突增變化曲線

圖2 振動突增后4號軸承頻譜

多次突發(fā)性振動現(xiàn)象具有很強的相似性。4號軸承振動突變時，相鄰各點振動以及4號軸承瓦振都有所增大。因此，4號軸承振動現(xiàn)象是真實的，不是監(jiān)測系統(tǒng)受到外界干擾所引起的，可能是由于軸承油膜失穩(wěn)所引起的。油膜失穩(wěn)是軸頸帶動潤滑油高速流動時，高速油流反過來激勵軸頸，使其發(fā)生強烈振動的一種自激振動現(xiàn)象［1］。油膜失穩(wěn)故障大多發(fā)生在機組啟動升速和超速試驗過程中，也有部分發(fā)生于機組帶負荷運行過程中。油膜失穩(wěn)故障是一種強烈的自激振動，具有以下特征［2］：油膜失穩(wěn)故障發(fā)生之前，振動以工頻分量為主。油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后，低頻分量將成為主要頻率成分，振動頻率約等于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率，不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，不能用提高轉(zhuǎn)速的方法來消除。振動具有幅值大和突發(fā)性的雙重特性。臨近油膜震蕩時，會出現(xiàn)不穩(wěn)定的低頻振動分量，此時幅值會出現(xiàn)一定程度的波動。一旦發(fā)生油膜失穩(wěn)，振動幅值在短時間（幾秒鐘）內(nèi)劇增。正常工作時，軸心軌跡穩(wěn)定，油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后，軸心軌跡紊亂。

軸承是汽輪發(fā)電機組的重要部件，起著支撐轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵作用。軸承工作狀態(tài)較好時，軸承間隙內(nèi)的潤滑油可以起到良好的潤滑作用，保證轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地工作。反之，軸承工作狀態(tài)不好時，則容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。4號軸承頂軸油壓較低，運行一段時間后，頂軸油壓由初期的1.0MPa降至0.2MPa左右，表明軸承脫空、載荷較輕，承載較輕的軸承容易誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障。突發(fā)振動后，出現(xiàn)了較大幅度的0.4～0.5倍低頻頻率成分，該頻率是軸承油膜失穩(wěn)故障的主要特征之一。軸承油膜失穩(wěn)故障具有突發(fā)性和隨機性的特點，在外界擾動作用下容易突發(fā)。

從振動現(xiàn)象以及油膜失穩(wěn)故障機理來看，本機組振動是由于4號軸承油膜失穩(wěn)所引起的。

3 振動故障治理

第3次跳機故障發(fā)生后，停機對機組進行了第1次檢修和調(diào)整。4號軸承位于汽輪機低壓排汽缸上，軸承標高受真空和排汽缸溫度的影響較大，熱態(tài)下4號軸承標高可能發(fā)生變化?；谏鲜隹紤]，檢修中對軸系中心進行了調(diào)整。將4號軸承標高抬高了0.10mm，5號軸承標高降低了0.05mm。揭瓦對4號軸承進行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷。

2013年2月21日，機組檢修后開機，升速和帶負荷過程中振動都較小，但是，運行一段時間后，4號軸承振動再次出現(xiàn)了突增，并導致跳機。停機后對機組進行了第2次調(diào)整，將4號軸承標高在第1次抬高的基礎(chǔ)上又進一步抬高了0.15 mm。檢修后機組于2013年4月12日開機，開機和帶負荷過程中機組振動平穩(wěn)，機組運行至今沒有再次出現(xiàn)突發(fā)性振動。

表1給出了盤車狀態(tài)下所測第1次標高調(diào)整前后和第2次標高調(diào)整后各軸承頂軸油壓情況。可以看出，4號軸承標高抬高后，軸承頂軸油壓增大，說明4號軸承所承受的載荷增大，這對于提高4號軸承的穩(wěn)定性是很有利的。

表1 3種標高狀態(tài)下軸承頂軸油壓 MPa

4 結(jié)束語

2012年11月前，2號機組運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，此后才頻繁發(fā)生突發(fā)性不穩(wěn)定振動，經(jīng)長時間運轉(zhuǎn)后，軸承標高可能發(fā)生了變化。軸承標高出現(xiàn)偏差后，擰緊聯(lián)軸器螺栓后，軸系仍然可以處于同心和平直狀態(tài)，因此，軸系對中偏差并不會產(chǎn)生直接的激振力，但是標高變化會改變軸承之間的載荷分配。抬高某一軸承標高，該軸承載荷增大，相鄰軸承載荷必然減輕。軸承載荷變化改變軸承工作狀態(tài)，嚴重時會導致載荷較輕的軸承發(fā)生失穩(wěn)故障。

對于油膜失穩(wěn)和汽流激振這類自激振動故障，軸承標高調(diào)整是有效的治理措施。標高對振動的影響與標高調(diào)整量有關(guān)［2］，小量標高變化對振動的影響有限。第1次調(diào)整沒能取得預期效果，與標高調(diào)整量較小有關(guān)。

4號軸承突發(fā)振動是由于軸承標高降低導致軸承載荷較輕并進而誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障所引起的，通過抬高軸承標高0.25 mm，取得了很好的減振效果。在軸承瓦溫不超標、動靜不摩擦的前提下，標高調(diào)整量可以適當大一些，但如果4號軸承標高抬高量進一步增大，將會導致軸承載荷過重，軸瓦溫度過高。目前狀態(tài)下，振動穩(wěn)定、瓦溫正常，標高調(diào)整量比較合理。

4號軸承位于低壓排汽缸上，軸承標高受真空、排汽缸溫度等參數(shù)的影響較大，容易發(fā)生因為冷熱態(tài)下標高差異所引起的振動故障。建議利用機組冷態(tài)啟機機會，測試抽真空、沖轉(zhuǎn)和帶負荷過程中各軸承標高變化情況，為合理制定冷態(tài)下軸承標高預留補償值提供依據(jù)。

［1］陳陽，楊建剛.汽輪發(fā)電機組滑動軸承油膜振蕩故障的分析與治理［J］.軸承，2012，（9）：25－28.

［2］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應用［M］.北京：中國電力出版社，2007.