汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)原因分析

【摘要】某電廠一期工程建設(shè)2臺(tái)660MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)型號(hào)N660/24.2/566/566型（合缸），上海汽輪機(jī)有限公司根據(jù)德國(guó)西門子公司技術(shù)生產(chǎn)，為一次中間再熱三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。本文對(duì)#2汽輪機(jī)#1軸瓦異常振動(dòng)原因及解決方案進(jìn)行介紹。

【關(guān)鍵詞】質(zhì)量不平衡；一倍頻振動(dòng)；轉(zhuǎn)子配重

1、設(shè)備概況

華某電廠一期工程裝設(shè)2臺(tái)660MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N660/24.2/566/566超臨界、一次中間再熱、單軸三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，高中壓汽輪機(jī)（HP-IP）是具有沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)和反動(dòng)式壓力級(jí)的混合型式。本汽輪機(jī)軸承采用兩支承方式，每段轉(zhuǎn)子有2只軸承支承。汽輪機(jī)共有6個(gè)支持軸承，發(fā)電機(jī)共有2個(gè)支持軸承，汽輪機(jī)軸承采用前緣帶進(jìn)油槽（LEG）可傾瓦徑向軸承，此型式軸承結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性。

#2機(jī)組于2007年8月投入運(yùn)行。

2、事件經(jīng)過

#2機(jī)組投產(chǎn)后#1軸承振動(dòng)略微偏大，至2013年春季機(jī)組調(diào)停前#1軸承振動(dòng)值為X：95μm、Y：105μm，停機(jī)前聯(lián)系河南電力試驗(yàn)研究院對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在#2機(jī)組檢修期間對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行配重，在#1瓦和#2瓦零位（以飛錘位置定為零位）反方向20°分別加配重塊575克、590克。機(jī)組開機(jī)后振動(dòng)情況沒有好轉(zhuǎn)。在#2機(jī)2014年擴(kuò)大性小修前660MW負(fù)荷情況下振動(dòng)值為X：109μm、Y：102μm。汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，異常振動(dòng)已成為機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要隱患。

3、原因分析

為分析#2汽輪機(jī)#1軸承振動(dòng)，邀請(qǐng)當(dāng)?shù)仉娏υ囼?yàn)研究院、西安熱工研究院等有關(guān)專家及本單位專業(yè)技術(shù)人員召開專題分析會(huì)，通過分析一致認(rèn)為：①高中壓轉(zhuǎn)子存在一階質(zhì)量不平衡。②#1軸承對(duì)轉(zhuǎn)子約束能力較差。

機(jī)組停機(jī)前，為測(cè)定轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，特邀請(qǐng)當(dāng)?shù)仉娏υ囼?yàn)研究院對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)振動(dòng)波動(dòng)圖分析發(fā)現(xiàn)振動(dòng)幅值在一倍頻區(qū)域，由此也驗(yàn)證了轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是造成#2機(jī)#1軸承異常振動(dòng)的主要原因。

汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的原因有三個(gè)：①原始不平衡。②轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的部件飛脫、松動(dòng)。③轉(zhuǎn)子的熱彎曲。根據(jù)其他電廠分析經(jīng)驗(yàn)，原始不平衡是主要原因。現(xiàn)對(duì)這些不同形式的不平衡振動(dòng)特征分別介紹。

（一）原始質(zhì)量不平衡

原始質(zhì)量不平衡指的是轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)之前在轉(zhuǎn)子上已經(jīng)存在的不平衡。它們通常是在加工制造過程中產(chǎn)生的，或是在檢修時(shí)更換轉(zhuǎn)動(dòng)部件造成的。這種不平衡的特點(diǎn)除了振幅和相位的常規(guī)特征外，它的最顯著持征是“穩(wěn)定”，這個(gè)穩(wěn)定是指在一定的轉(zhuǎn)速下振動(dòng)特征穩(wěn)定，振幅和相位受機(jī)組參數(shù)影響不大。在#2機(jī)擴(kuò)大性小修前所測(cè)的數(shù)據(jù)中，在機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，工況相差不大時(shí)，振幅波動(dòng)約20%，一倍頻振動(dòng)相位在10～20范圍內(nèi)變化，這種振動(dòng)可以視為是穩(wěn)定的。對(duì)于新機(jī)組，原始不平衡在第一次升速就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，在對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行任何處理之前的升降速振動(dòng)數(shù)據(jù)中，特征重復(fù)性很好。

（二）轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫和松動(dòng)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫可能有葉片，松動(dòng)的部件可能有護(hù)環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、聯(lián)軸器等。

飛脫時(shí)產(chǎn)生的一倍頻振動(dòng)是突發(fā)性的，在數(shù)秒鐘內(nèi)以某一瓦振或軸振為主，振幅迅速增大到一個(gè)固定值。相鄰軸承振動(dòng)也會(huì)增大，但變化的量值不及前者大。這種故障一般發(fā)生在機(jī)組帶有某一負(fù)荷的情況。

（三）轉(zhuǎn)子熱彎曲

轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的質(zhì)量不平衡的主要特征是一倍頻振動(dòng)隨時(shí)間的變化。隨機(jī)組參數(shù)的提高和高參數(shù)下運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，一倍頻振幅逐漸增大，相位也隨之緩慢變化，一定時(shí)間后這種變化趨緩，最終基本不變。

轉(zhuǎn)子的熱彎曲一般來(lái)自原材質(zhì)熱應(yīng)力。這種熱彎曲狀態(tài)是固有的、可重復(fù)的，因而可以用平衡的方法處理。只要沒有使轉(zhuǎn)子發(fā)生永久塑性變形，這類熱彎曲都是可以恢復(fù)的，引起熱彎曲的根源消除后，一倍頻振動(dòng)大的現(xiàn)象也會(huì)隨之自行消失。

#2機(jī)組運(yùn)行期間DCS數(shù)據(jù)顯示轉(zhuǎn)子偏心均≤0.02mm，根據(jù)機(jī)組檢修記錄，大修后轉(zhuǎn)子彎曲為0.02mm，小于廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)≤0.03mm。對(duì)#2機(jī)檢查時(shí)也未發(fā)現(xiàn)各轉(zhuǎn)動(dòng)部件有松動(dòng)現(xiàn)象，就地用聽針對(duì)各軸承檢查各軸振運(yùn)行聲音正常，軸封處亦無(wú)摩擦聲。#2汽輪機(jī)#1軸振在初期投產(chǎn)后振動(dòng)值為X：81μm、Y：83μm，較其他軸承振動(dòng)略微有偏大情況，在未進(jìn)行高中壓轉(zhuǎn)子配重前，#2機(jī)#1軸承在升速過程中和正常運(yùn)行期間振動(dòng)數(shù)據(jù)均具有較好的重復(fù)性。

綜合以上分析，高中壓轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡是造成#2汽輪機(jī)#1軸承振動(dòng)的主要原因。

4、解決方案

根據(jù)機(jī)組停機(jī)前，當(dāng)?shù)仉娏υ囼?yàn)研究院對(duì)振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合我公司#2汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子當(dāng)前配重情況，邀請(qǐng)西安熱工研究院專家教授對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并制定出配重方案。

在#2機(jī)擴(kuò)大性小修期間，對(duì)#2汽輪機(jī)#1軸承進(jìn)行檢查，可傾瓦外觀良好，鎢金無(wú)磨損，瓦枕墊鐵接觸較好，調(diào)整瓦頂間隙左側(cè)0.71mm，右側(cè)0.71mm，符合廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.71～0.81mm要求，瓦枕緊力0.17mm，為廠家設(shè)計(jì)上限。同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)#2軸承瓦頂間隙、瓦枕緊力數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、調(diào)整，可傾瓦宏觀檢查正常，墊鐵接觸良好，瓦枕下部墊鐵接觸較輕微。將#2軸承下部墊鐵左、右側(cè)各撤出0.07mm墊片，軸承頂部間隙：左側(cè)0.81mm，右側(cè)0.82mm。符合廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.76～0.86mm要求。為調(diào)整瓦枕緊力，將軸承上部左側(cè)墊鐵撤出0.10mm墊片，復(fù)測(cè)瓦枕緊力：左側(cè)0.19mm，右側(cè)0.17mm，為廠家設(shè)計(jì)緊力上限。

依據(jù)配置方案對(duì)#2汽輪機(jī)#1、#2瓦進(jìn)行配重，#1瓦配重情況：288g/330.25°，288g/341.5°，200g/37°。#2瓦配重情況：200g/319°，288g/330.25°，288g/4°，288g/308°。檢修后#2機(jī)啟動(dòng)時(shí)無(wú)異常振動(dòng)，過臨界時(shí)#1軸承振動(dòng)X：58μm、Y：59μm，機(jī)組并網(wǎng)后運(yùn)行正常，#1軸承振動(dòng)X：50μm、Y：54μm，達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

5、結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪發(fā)電機(jī)組最常見的振動(dòng)故障，它約占了故障總數(shù)的80%。隨著制造廠加工、裝配精度以及電廠檢修質(zhì)量的不斷提高，這類故障的發(fā)生正在逐漸減少。即便如此，質(zhì)量不平衡目前仍是現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組振動(dòng)的主要故障，及時(shí)配合電科院在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，并通過數(shù)據(jù)制定出有效的配重方案，在機(jī)組檢修期間進(jìn)行配重是解決機(jī)組振動(dòng)的關(guān)鍵所在。

作者簡(jiǎn)介

王勇，（1970-），男，山東棗莊人，工程師，原從事電廠汽輪機(jī)檢修方面的工作。

柳進(jìn)波，（1983—），男，河北邯鄲人，助理工程師，本科，從事電廠汽輪機(jī)檢修方面的工作。