汽輪發(fā)電機(jī)軸承振動超標(biāo)原因分析及解決措施

余占江，張 雷，楊建橋，趙新磊

(平頂山姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467031)

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要設(shè)備之一，對汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運行有著重要影響。發(fā)電機(jī)振動狀態(tài)是評價機(jī)組能否持續(xù)可靠運行的重要指標(biāo)。如果在運行過程中，發(fā)電機(jī)軸承振動超過允許值，將會造成發(fā)電機(jī)密封瓦、軸承、軸頸、油檔等設(shè)備磨損，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)進(jìn)油、發(fā)電機(jī)補氫量增大等不良后果，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運行。因此，在汽輪發(fā)電機(jī)組運行的過程中，發(fā)電機(jī)的軸承振動值要保持在運行標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免發(fā)電機(jī)出現(xiàn)異常。

水-氫-氫型發(fā)電機(jī)采用端蓋式軸承，發(fā)電機(jī)在運行過程中振動的原因有2個方面：一方面是發(fā)電機(jī)定子在運行時承受鐵芯傳來的電磁振動;另一方面是承受轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的機(jī)械振動。另外，如果發(fā)電機(jī)座底腳承載狀態(tài)不理想，也會使發(fā)電機(jī)在運行時產(chǎn)生較大的振動。

因此，在汽輪發(fā)電機(jī)組運行時，要保證發(fā)電機(jī)定子負(fù)荷分配在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1 機(jī)組概況

某600?MW汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司與三菱公司聯(lián)合設(shè)計的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)，其型號為CLN600-24.2/566/566;發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的QFSN-600-2YHG型三相交流隱極式同步汽輪發(fā)電機(jī)。

汽輪發(fā)電機(jī)組共8個軸承，如圖1所示。其中1，2號軸承為高中壓轉(zhuǎn)子支撐軸承，3，4號軸承為低壓I低壓轉(zhuǎn)子支撐軸承，5，6號軸承為低壓II低壓轉(zhuǎn)子支撐軸承，7，8號軸承為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支撐軸承。發(fā)電機(jī)的2個軸承采用端蓋式軸承，即端蓋上設(shè)有軸承座，由端蓋支撐軸承載荷。該軸承采用下半2塊可傾式軸瓦，能自調(diào)心，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗油膜擾動能力強(qiáng)。

該機(jī)組于2007年投產(chǎn)，自2014年12月以來發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)7，8號軸承振動較大。在機(jī)組運行過程中，隨機(jī)選取發(fā)電機(jī)在不同負(fù)荷下7，8號軸承的振動值作為代表，具體振動值如表1所示。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系示意

表1 6號發(fā)電機(jī)軸承振動值

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T?5210.3—2009對轉(zhuǎn)動機(jī)械軸承振動情況的相關(guān)規(guī)定如表2所示。

表2 機(jī)械軸承振動標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合上述振動標(biāo)準(zhǔn)可以看出，6號發(fā)電機(jī)運行過程中軸承振動值不在運行標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2 發(fā)電機(jī)軸承振動的原因分析

在汽輪發(fā)電機(jī)組運行過程中，造成發(fā)電機(jī)軸承振動的因素很多。

(1)?發(fā)電機(jī)氫氣壓力低，發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣量不足，不能對發(fā)電機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子起到充分的冷卻作用，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯過熱而發(fā)生熱彎曲，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承振動過大。

(2)?發(fā)電機(jī)氫氣冷卻器冷卻效果差，發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣溫度增高，不能充分冷卻發(fā)電機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯熱彎曲，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承振動大。

(3)?汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生過大的離心力，對軸承產(chǎn)生的激振力引起軸承振動。

(4)?機(jī)組軸系中心差引起機(jī)組軸振大，從而造成發(fā)電機(jī)軸承振動大。

(5)?機(jī)組負(fù)荷變化使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了熱變形，引起轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡，造成發(fā)電機(jī)軸承振動大。

(6)?汽機(jī)房室溫不穩(wěn)定，引發(fā)發(fā)電機(jī)膨脹不均，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承振動大等。

以下結(jié)合本機(jī)組的實際運行情況，分析造成發(fā)電機(jī)軸承振動大的具體原因。

2.1 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中心差

當(dāng)6號機(jī)組停運后，在全實缸狀態(tài)下對6號發(fā)電機(jī)組軸系中心數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，具體測量結(jié)果如表3所示。

表3 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中心數(shù)據(jù)

雖然機(jī)組軸系中心數(shù)據(jù)中存在個別數(shù)據(jù)超標(biāo)的情況，但機(jī)組運行數(shù)據(jù)顯示：機(jī)組運行過程中發(fā)電機(jī)軸振7X，8X，7Y，8Y在54—108?μm內(nèi)的變化，軸振是在合格范圍內(nèi)(大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸振合格值小于125?μm)。另外，發(fā)電機(jī)7，8號軸承下半采用2塊可傾式軸瓦，能自調(diào)心，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗油膜擾動能力強(qiáng)，因此不存在機(jī)組軸系中心對發(fā)電機(jī)7，8號軸承的振動影響情況。

2.2 滑銷系統(tǒng)間隙異常

滑銷系統(tǒng)為汽輪發(fā)電機(jī)組運行過程中的均勻膨脹提供保障。發(fā)電機(jī)的滑銷系統(tǒng)由2個縱銷和2個橫銷構(gòu)成，分別控制發(fā)電機(jī)橫向和縱向膨脹。因發(fā)電機(jī)橫向膨脹較小、軸向膨脹較大，機(jī)組運行后發(fā)電機(jī)縱銷兩側(cè)間隙會發(fā)生變化，影響發(fā)電機(jī)軸向膨脹。如果機(jī)組在運行中滑銷系統(tǒng)工作異常，不能使發(fā)電機(jī)均勻膨脹，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部間隙及設(shè)備載荷分配不能滿足機(jī)組運行要求，機(jī)組在運行中將會出現(xiàn)異常振動。為了避免由于滑銷系統(tǒng)工作異常導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承振動超標(biāo)，對發(fā)電機(jī)的滑銷系統(tǒng)的配合間隙進(jìn)行了檢查，結(jié)果如表4所示。

從表4數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)電機(jī)滑銷系統(tǒng)配合間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(制造廠對滑銷系統(tǒng)配合間隙要求為：0.04—0.08?mm)，因此可排除滑銷系統(tǒng)間隙異常引起發(fā)電機(jī)軸承振動這一原因。

表4 發(fā)電機(jī)滑銷系統(tǒng)配合間隙 mm

2.3 發(fā)電機(jī)定子載荷分配不均

機(jī)組在運行過程中，其發(fā)電機(jī)定子振動值通常應(yīng)在 10?μm 內(nèi)。

對發(fā)電機(jī)定子振動情況進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子的振動值較大(如圖2，3所示)，這是由于發(fā)電機(jī)定子載荷分配不均勻造成的。由此確定，發(fā)電機(jī)定子載荷分配不均是導(dǎo)致機(jī)組運行中軸承振動超標(biāo)的原因。

圖2 發(fā)電機(jī)底座垂直方向振動(左側(cè))

圖3 發(fā)電機(jī)底座垂直方向振動(右側(cè))

3 解決方案

所謂載荷分配，是指按制造廠提供的數(shù)據(jù)將發(fā)電機(jī)重量合理地分配到承力面上。在發(fā)電機(jī)安裝、檢修過程中，應(yīng)檢查發(fā)電機(jī)、軸承座、臺板等結(jié)合面的間隙、接觸是否均勻。但是，即便接觸均勻也不能說明發(fā)電機(jī)定子的載荷分配合理均勻，應(yīng)按照制造廠設(shè)計要求對發(fā)電機(jī)承力面載荷分配情況進(jìn)行檢查和調(diào)整。

對汽輪發(fā)電機(jī)組承力面載荷分配檢查和測量的主要方法有：測力計法、貓爪垂弧法和抬差法。測力計法最為準(zhǔn)確，測量結(jié)果也更直觀，但測量工作過程較為復(fù)雜。抬差法與貓爪垂弧法原理相同，過程相似。目前，施工中較為普及的是貓爪垂弧法，其測量過程簡單、操作也較為容易；但由于發(fā)電機(jī)定子面積較大，在發(fā)電機(jī)載荷分配試驗中測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.1 測量發(fā)電機(jī)定子載荷

根據(jù)實際情況和制造廠設(shè)計，選用抬差法，分別對發(fā)電機(jī)勵端、汽端的載荷進(jìn)行分配，分配方法如下。

(1)?將發(fā)電機(jī)滑銷全部取出，排除發(fā)電機(jī)外部影響。

(2)?在發(fā)電機(jī)機(jī)座四角結(jié)合面各安裝1塊0—10?mm百分表，并加1.0?mm不銹鋼臨時測量墊片(尺寸：300?mm×300?mm)，將百分表調(diào)整至中間刻度5.0?mm。開展汽端定子載荷分配試驗時，應(yīng)先緊固勵端螺栓，松開汽端地腳螺栓：將發(fā)電機(jī)汽端右側(cè)頂起1.5?mm，取出該側(cè)臨時測量墊片，同時記錄左側(cè)百分表讀數(shù)Ha；恢復(fù)右側(cè)臨時測量墊片，百分表讀數(shù)恢復(fù)定值(5.0?mm)。在試驗中，用200?t的液壓千斤頂頂升，完成墊片的添加、撤出。

(3)?將發(fā)電機(jī)汽端左側(cè)頂起1.5?mm，取出該側(cè)臨時測量墊片，同時記錄右側(cè)百分表讀數(shù)Hb；恢復(fù)左側(cè)臨時測量墊片，百分表讀數(shù)恢復(fù)定值(5.0?mm)。

(4)?兩側(cè)抬升值偏差應(yīng)符合制造廠及國家規(guī)范，滿足要求|Ha-Hb|≤0.10?mm。

(5)?勵端的載荷分配的測量方法與汽端負(fù)荷分配的測量方法相同。

(6)?按照上述步驟，對發(fā)電機(jī)載荷的實際分配情況進(jìn)行測量，并對試驗結(jié)果進(jìn)行記錄。

按照上述方法，分別對發(fā)電機(jī)勵端、汽端負(fù)荷進(jìn)行測量，結(jié)果如表5所示。

表5 發(fā)電機(jī)調(diào)整前載荷分配情況 mm

對發(fā)電機(jī)載荷分配的3次測量結(jié)果進(jìn)行計算，如表6所示。

從表6可知，勵端3次測量結(jié)果均不符合|Ha-Hb|≤0.10?mm的要求，勵端右側(cè)偏輕。為了使發(fā)電機(jī)定子載荷分配滿足要求，應(yīng)對發(fā)電機(jī)的勵端載荷進(jìn)行調(diào)整、重新分配。

表6 發(fā)電機(jī)調(diào)整前|Ha-Hb|計算情況 mm

3.2 載荷分配調(diào)整

載荷分配的偏差通過加減發(fā)電機(jī)定子與臺板之間支撐墊片的厚度來調(diào)整，使之最終滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。加減墊片厚度時，應(yīng)遵循同端左右兩側(cè)墊片“一側(cè)減，一側(cè)加”的等量調(diào)整原則。

如需單側(cè)調(diào)整應(yīng)綜合考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的中心位置，應(yīng)保證其相對中心位置和端蓋橫向水平在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

經(jīng)過對發(fā)電機(jī)定子載荷分配多次調(diào)整，最終在勵端右側(cè)增加0.15?mm墊片，并對發(fā)電機(jī)的載荷分配進(jìn)行最終測量，測量數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 發(fā)電機(jī)調(diào)整后載荷分配情況 mm

對發(fā)電機(jī)載荷分配調(diào)整后的3次測量結(jié)果進(jìn)行計算，如表8所示。

表8 發(fā)電機(jī)調(diào)整后|Ha-Hb|計算情況 mm

從表8可以看出，調(diào)整后的勵端和汽端3次測量結(jié)果均符合|Ha-Hb|≤0.10?mm的要求，表明發(fā)電機(jī)定子載荷分配已滿足要求，并在機(jī)組運行后對發(fā)電機(jī)軸承振動進(jìn)行測量，予以驗證。

3.3 效果驗證

通過對6號發(fā)電機(jī)載荷重新分配調(diào)整，消除了發(fā)電機(jī)定子載荷分配不滿足設(shè)計要求的情況。在6號機(jī)組運行后，根據(jù)運行數(shù)據(jù)查到發(fā)電機(jī)在不同的負(fù)荷下7，8號軸承振動值如表9所示。

表9 發(fā)電機(jī)定子載荷分配調(diào)整后7，8號軸承振動值

從以上結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)軸承振動值與發(fā)電機(jī)定子載荷調(diào)整前的振動數(shù)值比較，載荷分配調(diào)整后發(fā)電機(jī)7，8號軸承的振動明顯減小，而且發(fā)電機(jī)軸承振動值在良好范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

600?MW汽輪發(fā)電機(jī)組在運行過程中出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)7，8號軸承振動超標(biāo)問題，通過發(fā)電機(jī)定子載荷分配試驗，分析試驗數(shù)據(jù)得出發(fā)電機(jī)勵端右側(cè)載荷分配偏輕。經(jīng)過測量、調(diào)整，最終在發(fā)電機(jī)勵端右側(cè)增加0.15?mm墊片后，測得發(fā)電機(jī)定子載荷分配滿足要求。當(dāng)機(jī)組投入運行后，機(jī)組負(fù)荷在600?MW時，發(fā)電機(jī)7號軸承振動值為21?μm，8號振動值為25?μm，發(fā)電機(jī)軸承振動處于良好范圍，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。同時，為了保證機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運行，建議在發(fā)電機(jī)定子振動異常的情況下，在端蓋式發(fā)電機(jī)A級檢修時，調(diào)整轉(zhuǎn)子中心并開展發(fā)電機(jī)定子載荷分配試驗。