300 MW汽輪發(fā)電機組異常振動的分析處理

王曉明，李素卿，王雪峰

（1.國電太原第一熱電廠，山西 太原 030021；

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

300 MW汽輪發(fā)電機組異常振動的分析處理

王曉明1，李素卿1，王雪峰2

（1.國電太原第一熱電廠，山西 太原 030021；

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

某電廠11號機組4—7號軸承振動在運行時頻繁發(fā)生大幅波動甚至超標現(xiàn)象，通過對機組帶負荷振動數(shù)據(jù)及升降速相關(guān)運行參數(shù)的全面分析，發(fā)現(xiàn)異常振動主要是低頻分量產(chǎn)生突變所致，確定了機組異常的主要原因為軸瓦斷油后鎢金磨損所致的自激振動，檢修中對受損軸瓦進行了更換和修復(fù)，機組啟動后各軸承軸振、瓦振、瓦溫均正常且穩(wěn)定，在隨后的運行中再沒發(fā)生突發(fā)振動現(xiàn)象。

300 M W機組；軸瓦磨損；自激振動

0 引言

汽輪發(fā)電機組是化石燃料電廠中的核心設(shè)備，軸系振動水平是衡量機組安全可靠性的重要指標。過大的振動會影響機組的安全穩(wěn)定運行，甚至導(dǎo)致設(shè)備部件的疲勞損壞，一些重大的毀機事故直接或間接地與振動有關(guān)，因此振動作為衡量機組可靠性的安全性指標尤為重要。引起振動的因素很多，其中軸瓦自激振動是一種主要的表現(xiàn)形式，軸瓦自激振動一般包括油膜渦動和油膜振蕩。油膜渦動是指轉(zhuǎn)速超過一定值時，轉(zhuǎn)子的渦動頻率約等于轉(zhuǎn)動頻率的一半，又稱為半頻渦動[1]。由于這類型振動呈現(xiàn)突發(fā)、大幅、低頻的特性，對機組軸系產(chǎn)生的危害往往比常規(guī)的不平衡振動更為嚴重，一旦發(fā)生會對機組的安全產(chǎn)生極大威脅。

1 機組簡介

某電廠11號300 MW汽輪機原為東方汽輪機廠生產(chǎn)的NC300/220-16.7/537/537型供暖抽汽凝汽式，后于2008年由北京全四維動力科技有限公司進行了通流部分現(xiàn)代化改造，改造后型號為NC330/235－16.67/0.49/537/537。汽輪發(fā)電機組軸系主要由高、中、低壓汽輪機轉(zhuǎn)子，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和主、副勵磁機轉(zhuǎn)子組成，各個轉(zhuǎn)子間的連接均采用剛性聯(lián)軸器，其中高、中壓汽輪機轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，11號汽輪發(fā)電機組軸系如圖1所示。

圖1 11號汽輪發(fā)電機組軸系示意圖

2 振動概況

2015年12月3日正常運行中當(dāng)值人員發(fā)現(xiàn)該機組4號瓦X向軸振動由70 μm突增至100 μm；6號瓦X向軸振動由150 μm突增至185 μm，同時4—7號瓦的軸振、瓦振動都不同程度存在波動，且有上升趨勢。4號瓦X向及6號瓦X向軸振動最大時均達230 μm以上，6號軸承垂直瓦振動達52 μm。振動突變時6號軸承X向軸振動趨勢如圖2所示。

圖2 6號軸承X向軸振動趨勢圖

為分析判斷振動異常變化的原因，便于運行中加強控制，并在檢修中徹底消振，相關(guān)技術(shù)人員在機組運行中進行了負荷、真空、發(fā)電機風(fēng)溫及潤滑油溫、油壓調(diào)整試驗，均未取得明顯效果，但發(fā)現(xiàn)投運頂軸油泵能維持軸系振動穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

3 振動特征

當(dāng)不發(fā)生振動突變現(xiàn)象時，機組各瓦振動均以基頻成分為主，且振幅、相位均相對穩(wěn)定。

機組振動突變現(xiàn)象沒有規(guī)律，在升降負荷過程中均可能出現(xiàn)，在振動突變時基頻分量的幅值、相位均比較穩(wěn)定，主要是21.85 Hz分量產(chǎn)生突變所致，這與發(fā)電機轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速1 320 r/min基本一致。

相關(guān)調(diào)整試驗表明振動變化與負荷、真空、發(fā)電機風(fēng)溫及潤滑油溫、油壓無均無直接對應(yīng)關(guān)系。

對各瓦軸振傳感器間隙電壓測量發(fā)現(xiàn)，5—6號軸振傳感器間隙電壓較初始安裝值（-8～-10 V）有明顯變化，尤其6號瓦X向軸振傳感器間隙電壓達-15.4 V，初步分析軸振傳感器與軸頸距離變大為轉(zhuǎn)子下沉所致。各瓦軸振傳感器間隙電壓見表1。

表1 各瓦軸振傳感器間隙電壓表 V

4 振動分析及處理

4.1 原因分析

轉(zhuǎn)子的軸頸在軸承內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時存在穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定時軸頸只是高速旋轉(zhuǎn)；而失穩(wěn)后轉(zhuǎn)子不僅圍繞軸頸中心高速旋轉(zhuǎn)，而且軸頸本身還將繞著平衡點渦旋或渦動。軸頸的狀態(tài)就決定于轉(zhuǎn)速，且總對應(yīng)有一個特定轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速以下，該轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)是穩(wěn)定的；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過它后，軸頸開始失去穩(wěn)定性，發(fā)生渦動，產(chǎn)生軸瓦自激振動[2]。相關(guān)資料表明圓筒瓦、橢圓瓦、多油楔、多油葉可傾瓦等軸承，只要是屬于高速輕載，都有可能發(fā)生油膜失穩(wěn)[3]。由現(xiàn)場振動測試及相關(guān)試驗結(jié)果初步分析該機組運行中振動狀況異常變化的主要原因是軸瓦工作穩(wěn)定性下降導(dǎo)致的自激振動。

經(jīng)對歷史運行記錄進行查閱發(fā)現(xiàn)，該機組在2015年11月15日晚故障停機過程中曾短時出現(xiàn)交、直流油泵全停，導(dǎo)致測量潤滑油壓由214 kPa降至50 kPa，由于潤滑油壓變送器安裝位置較低，其實際油壓比測量油壓低，可能出現(xiàn)機組軸瓦供油不足甚至短時斷油，軸瓦烏金發(fā)生摩損；停機惰走過程中不同轉(zhuǎn)速下，各軸瓦溫度均有所升高，惰走時間較以往偏短10 min；盤車狀態(tài)下，6、7號軸瓦溫度較以往明顯偏高10℃以上；當(dāng)晚機組再次啟動后，6號瓦溫度曾高達110℃，帶負荷后逐漸下降至約75℃，但仍比停機前高出近10℃。初步分析軸系振動異常變化是由于軸瓦經(jīng)缺油磨損后造成頂隙、側(cè)隙超標，油膜形成不好，使軸瓦穩(wěn)定性惡化。停機前、啟動后各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)也表明軸瓦油膜壓力變低的問題，從而導(dǎo)致在帶負荷后軸瓦多次產(chǎn)生自激振動。各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)對比表 MPa

4.2 檢查處理

4.2.1 檢查結(jié)果

揭軸瓦檢查結(jié)果證實了先前的原因分析，6、7號瓦下部鎢金磨損嚴重，底部油孔存在堵塞現(xiàn)象，軸瓦已無修復(fù)價值；1—5號及8—11號瓦均有磨損，各瓦下部鎢金磨損均導(dǎo)致頂部間隙過大，從而導(dǎo)致了軸瓦出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

4.2.2 處理措施

現(xiàn)場處理低頻振動最直接的方法是提高軸瓦工作穩(wěn)定性。根據(jù)檢查結(jié)果在現(xiàn)場對6、7號瓦進行了更換；對1—5號及8—11號瓦鎢金進行了修復(fù)；各瓦按工藝要求回裝，尤其保證軸瓦頂部間隙在合格范圍內(nèi)，并重新調(diào)整了軸系中心。

將潤滑油壓變送器移至與軸瓦等高的位置，避免油壓測量偏差的問題。

4.2.3 處理結(jié)果

經(jīng)過上述工作后11號機組順利啟動，帶負荷后各瓦振動、瓦溫均十分穩(wěn)定，在隨后的運行中再沒發(fā)生突發(fā)振動現(xiàn)象。

5 結(jié)論

a)該機組在故障期間因短時油泵全停出現(xiàn)軸瓦供油不足，甚至可能斷油的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致下部軸瓦鎢金嚴重摩損，油膜形成不好、頂部間隙過大是導(dǎo)致機組軸系頻繁自激振動的起因。而潤滑油壓變送器安裝位置不當(dāng)，油泵未能及時聯(lián)啟，造成潤滑油中斷，是導(dǎo)致軸瓦損壞的主要原因。

b)在運行中發(fā)生潤滑油壓異常變化，同時軸瓦溫度明顯升高的現(xiàn)象后，要及時停機對參數(shù)異常的軸瓦進行檢查，并采取針對性的措施進行處理。

c)不同類型軸瓦均可能發(fā)生機組自激振動，對安全運行危害較大，一般通過改善軸瓦工作狀態(tài)的方法均能取得較好的效果。

[1] 鐘一諤，何衍宗，王正，等.轉(zhuǎn)子動力學(xué) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 1984.

[2] 顧晃.汽輪發(fā)電機組振動與平衡 [M].北京：水利電力出版社,1989：55～56.

[3] 王雪峰，盧家勇，李東.給水泵小汽輪機突發(fā)性振動的分析處理 [J].山西電力，2006(3):30～31.

Analysis and Treatment on Abnormal Vibration of 300 MW Turbo Generator Unit

WANG Xiaoming1,LI Suqing1,WANG Xuefeng2
（1.Guodian Taiyuan No.1 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030021,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China）

The vibration of No.4—7 bearing bush in a power plant frequently suffered abnormal fluctuations,the phenomenon of which is even standard-exceeding.Through comprehensive analysis on the vibration data and relative parameters of acceleration and deceleration,it is concluded that the abnormal vibration was mainly caused by sudden change of low frequency component,and it is identified that the main reason is self-excited vibration caused bytungsten wearing.Then,the worn bearingbush was changed and repaired in maintenance,thereafter,bear vibration,shaft vibration and bearingtemperature have been normal and stable.

300 MWunit;bearingbush wearing;self-excited vibration

TM311

B

1671-0320（2017）04-0067-03

2017-04-25，

2017-05-09

王曉明（1974)，男，山西平定人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動化專業(yè)，工程師,從事技術(shù)管理工作;

李素卿（1960），女，山西盂縣人，1982年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)熱能動力專業(yè)，高級工程師，從事汽輪機試驗及故障診斷處理工作;

王雪峰（1973），男，山西興縣人，1996年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電廠熱能動力工程專業(yè)，高級工程師，從事汽輪機試驗及故障診斷處理工作。