汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常診斷及處理探究

劉玉新

摘 要 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)異常的情況，而產(chǎn)生振動(dòng)異常的原因往往是多方面的，應(yīng)用單一的手段無(wú)法直接有效地找到異常原因。因此，需要綜合應(yīng)用試驗(yàn)、推導(dǎo)及檢測(cè)等手段，以此實(shí)現(xiàn)故障排查與處理。本文以具體的汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常案例為切入點(diǎn)，重點(diǎn)從試驗(yàn)排查、建模推導(dǎo)及實(shí)體檢測(cè)等方面對(duì)振動(dòng)異常原因進(jìn)行分析判斷，最后就故障原因提出針對(duì)性的處理方案，旨在為相關(guān)的從業(yè)人員提供參考性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞 汽輪發(fā)電機(jī);振動(dòng)異常;診斷;支撐剛度

傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常診斷方式缺乏綜合性應(yīng)用，往往只是依靠簡(jiǎn)單直觀的手段進(jìn)行原因排查，只能找出部分原因，縮小分析范圍，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多角度分析，也就導(dǎo)致實(shí)際探尋故障原因存在一定的局限性[1]。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常診斷也趨于多元化和多角度，所得到的診斷結(jié)果也更加全面有效，對(duì)于后續(xù)的故障維修處理具有較高的參考價(jià)值，逐漸得到廣泛的推廣應(yīng)用。

1汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常案例分析

某廠現(xiàn)擁有300MW火電機(jī)組，汽輪機(jī)型為亞臨界、一次性中間再熱、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)型號(hào)為水氫氫自并勵(lì)型。300MW火電機(jī)組的結(jié)構(gòu)為高、中壓合缸結(jié)構(gòu)，低壓缸按照雙流反向進(jìn)行布置，發(fā)電機(jī)組的支持軸承共計(jì)6個(gè)。其中的1號(hào)和2號(hào)支持軸承為非對(duì)稱可傾瓦軸承，3號(hào)和4號(hào)支持軸承是帶球面軸瓦套的橢圓軸承，而5號(hào)和6號(hào)支持軸承是目前市面最為普通的橢圓軸承。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)?階和第2階的轉(zhuǎn)速分別達(dá)到1000～1400r/min、1700～1956r/min時(shí)，3號(hào)支持軸承出現(xiàn)了振幅偏大的情況，同時(shí)6號(hào)支持軸承出現(xiàn)較大程度的振動(dòng)異常情況，其與支持軸承未出現(xiàn)異常。

2汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常診斷

2.1 汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常原因排查

此次在開(kāi)展汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常排查過(guò)程中，主要應(yīng)用的排查手段有勵(lì)磁電流試驗(yàn)、負(fù)荷試驗(yàn)、轉(zhuǎn)速試驗(yàn)及潤(rùn)滑油膜試驗(yàn)這四種。

在勵(lì)磁電流試驗(yàn)環(huán)節(jié)，首先加入勵(lì)磁電流，對(duì)檢查汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)是否發(fā)生變化進(jìn)行檢查明確，而后增大汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)，記錄對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)的變化情況進(jìn)行記錄[2]。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)3號(hào)和6號(hào)支持軸承振動(dòng)并未出現(xiàn)變化，因而排除電氣磁場(chǎng)不平衡而引發(fā)振動(dòng)的這一種故障情況。負(fù)荷試驗(yàn)的目的在于判斷汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)是否與轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、熱膨脹及轉(zhuǎn)子不對(duì)稱等存在關(guān)聯(lián)[3]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著負(fù)荷的增大，汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)也出現(xiàn)增大，與熱膨脹沒(méi)有直接和間接的關(guān)系。激振源表現(xiàn)轉(zhuǎn)子存在不對(duì)中的特征。在潤(rùn)滑油膜試驗(yàn)中，首先將軸承潤(rùn)滑油壓控制在0.14～0.18MPa，油膜建立則通過(guò)改變油溫和調(diào)整油黏度的方式實(shí)現(xiàn)，最后選取27℃和37℃進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3號(hào)和6號(hào)支持軸承振動(dòng)未發(fā)生變化。在轉(zhuǎn)速試驗(yàn)中獲得了3號(hào)和6號(hào)支持軸承發(fā)熱振動(dòng)規(guī)律。在0～3000r/min升速過(guò)程中，3號(hào)支持軸承并未出現(xiàn)明顯異常的振動(dòng)，座振隨瓦同步。6號(hào)支持軸承在0～2600r/min升速之間，隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，座振也會(huì)逐漸增大，呈正相關(guān)關(guān)系，不過(guò)軸振動(dòng)卻逐漸變小，待達(dá)到2600r/min時(shí)，支持軸承的振幅值幾近于零。而當(dāng)2600～3000r/min升速之間時(shí)，座振和振幅值均不同程度的增加，差值可以維持在30μm上下。

結(jié)合四種試驗(yàn)手段可以得出，3號(hào)和6號(hào)支持軸承偏大的原因是因?yàn)榈蛪焊邹D(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不對(duì)中。但通過(guò)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)無(wú)法找出6號(hào)支持軸承詳細(xì)的座振幅關(guān)系和軸承振幅值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而需要進(jìn)行必要的建模和推導(dǎo)處理。

2.2 汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常原因分析

為了更好地開(kāi)展本次振動(dòng)異常原因分析，本次所建立的模型只對(duì)垂直方向的振動(dòng)進(jìn)行考量。假設(shè)在頻率為的不平衡力作用下，轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值設(shè)定為yr，軸承座的振動(dòng)幅值設(shè)定為yb，轉(zhuǎn)子偏心設(shè)定為e，則經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子-軸承平衡方程及軸承-支撐平衡方程結(jié)合計(jì)算后可以得到公式：

公式（1）中的mr表示轉(zhuǎn)子的質(zhì)量（kg），yb為座振幅值（m），k表示油膜剛度（N/m），yr表示軸振幅值（m）。公式（2）中的mb表示軸承座質(zhì)量（kg），kb表示支撐剛度（N/m）。通過(guò)推導(dǎo)軸振幅值和座振幅值之間的關(guān)系，最后得到所需要的軸振幅值和座振幅值與油膜強(qiáng)度、支撐剛度、軸承質(zhì)量及振動(dòng)頻率之間的關(guān)系，即公式：。分析公式可以發(fā)現(xiàn)，如果kb-mb2≈0，Y≈0時(shí)，軸振便接近于0，瓦振遠(yuǎn)大于軸振[4]。按照轉(zhuǎn)速試驗(yàn)中所設(shè)定的2600r/min，假定Y≈0，代入公式則可以得到=。表明支撐系統(tǒng)的固有頻率處于機(jī)組正常的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速試驗(yàn)現(xiàn)象與建模推導(dǎo)所得到的結(jié)果吻合。在完成所有的理論測(cè)試后，又對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了實(shí)體檢測(cè)。在混凝土框架及地板等檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，混凝土的強(qiáng)度均大于C40，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求;二次灌漿料密實(shí)度檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，汽輪發(fā)電機(jī)組右側(cè)的1-6螺栓間與發(fā)電機(jī)組接觸的二次灌漿提之間存在較大的氣隙，因?yàn)闅庀兜拇嬖冢l(fā)電機(jī)組基座局部與基礎(chǔ)連接不牢固，最終導(dǎo)致整體的支撐系統(tǒng)剛度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證及實(shí)體檢測(cè)可以明確得到3號(hào)支持軸承和6號(hào)支持軸承出現(xiàn)故障的根本原因，即轉(zhuǎn)子不對(duì)中，6號(hào)支持軸承還受到二次灌漿體的氣隙的影響。

3汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常處理方案

在明確汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常的原因后，即可以針對(duì)性的制定針對(duì)性的處理方案。針對(duì)3號(hào)和6號(hào)軸振偏大的故障，要求數(shù)據(jù)測(cè)量必須采用千分表，而后打開(kāi)3號(hào)和6號(hào)支持軸承箱，對(duì)箱內(nèi)原始的對(duì)中數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)對(duì)中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制定控制誤差的方案，確保誤差盡量小，最后為發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子預(yù)留足夠的量，并對(duì)發(fā)電機(jī)組的側(cè)面瓦塊進(jìn)行做適當(dāng)調(diào)整。6號(hào)支持軸承振動(dòng)異常的問(wèn)題需要重點(diǎn)進(jìn)行處理，首先將氣隙的二次灌漿部分全部打掉，由專業(yè)的施工單位重新進(jìn)行灌漿澆筑，且在灌漿過(guò)程中進(jìn)行充分的振搗處理，確保可以充分消除局部存在的氣隙，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，避免混凝土出現(xiàn)裂隙。

經(jīng)過(guò)故障處理，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障消失，一段時(shí)間運(yùn)行也未出現(xiàn)振動(dòng)故障，表明這種故障檢測(cè)方式與處理方案均具有良好的科學(xué)性?？偟膩?lái)說(shuō)，本次故障處理所取得的成效主要有以下幾方面：①在調(diào)整前轉(zhuǎn)子中心的誤差為41μm，遠(yuǎn)高于說(shuō)明書中規(guī)定的20μm要求，經(jīng)過(guò)調(diào)整處理，轉(zhuǎn)子中心誤差下降至12μm，優(yōu)于說(shuō)明書規(guī)定的20μm要求;②二次灌漿完成后通過(guò)強(qiáng)度測(cè)定，發(fā)現(xiàn)二次灌漿體強(qiáng)度大于C40，超聲脈沖儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)二次灌漿的成型良好，并未出現(xiàn)氣隙和異常情況;③通過(guò)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)中可以看出，當(dāng)處于0～3000r/min升速過(guò)程時(shí)，3號(hào)和6號(hào)支持軸承的軸承振動(dòng)穩(wěn)定，無(wú)任何振動(dòng)異常產(chǎn)生，且座振動(dòng)可以與瓦振同步。當(dāng)處于2600r/min時(shí)，6號(hào)支持軸承的軸振和座振均發(fā)生了一定程度的變化，數(shù)值更趨于平均;④在隨后所開(kāi)展的負(fù)荷試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在50～300MW升負(fù)荷過(guò)程中，3號(hào)與6號(hào)支持軸承均未出現(xiàn)振動(dòng)異常，處于穩(wěn)定狀態(tài)，且減負(fù)荷振動(dòng)幅值也未出現(xiàn)明顯的變化，遠(yuǎn)優(yōu)于原始最大增幅60μm。

4結(jié)束語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常情況發(fā)生的原因眾多，傳統(tǒng)的單一檢測(cè)手段雖然可以找到故障發(fā)生的原因，但往往存在的誤差，無(wú)法真正做到綜合檢測(cè)。而本次故障診斷所采用的勵(lì)磁電流試驗(yàn)、負(fù)荷試驗(yàn)、潤(rùn)滑油膜試驗(yàn)及轉(zhuǎn)速試驗(yàn)可以對(duì)振動(dòng)異常進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢查分析，在解決復(fù)雜振動(dòng)異常問(wèn)題中起到了非常重要的作用。在故障處理中，通過(guò)對(duì)出現(xiàn)故障的支持軸承進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化處理，減小了發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子和低壓缸轉(zhuǎn)子的中心誤差。在各項(xiàng)調(diào)整處理工作完成后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)所有的振動(dòng)異常故障全部消失，振動(dòng)幅值滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，為后續(xù)類似的汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及處理積累了豐厚的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸頌元，吳崢?lè)?汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及案例[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2018，232（1）：84.

[2] 蔡國(guó)娟.30MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因分析及處理[J].山東化工，2019，48（4）：118-125.

[3] 何新榮，譚銳，郭嘉，等.某600MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)異常分析及治理[J].電站系統(tǒng)工程，2019，35（2）：53-56.

[4] 郭大泉，岑黎明，余磊，等.汽輪發(fā)電機(jī)組半頻振動(dòng)的原因分析和處理[J].船舶工程，2019，41（3）：64-66.