帶自同步離合器聯(lián)合循環(huán)機組振動問題分析與處理

曹寒，于光輝，楊靈，趙先波，陳丹，董衛(wèi)紅，馬駿

（東方電氣集團東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000）

1 前言

近年，國家能源結(jié)構(gòu)在不斷調(diào)整，“高質(zhì)量”和“綠色”已成為未來電力行業(yè)發(fā)展的趨勢和方向，傳統(tǒng)燃煤電廠的市場占比將會不斷縮小，而燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于具有熱效率高、污染排放低、節(jié)省投資、建設(shè)周期短、啟停快捷、調(diào)峰性能好、占地少、節(jié)水、廠用電率低和可靠性強、維修方便等優(yōu)點將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的三大主要設(shè)備為燃機、汽機和發(fā)電機，三大設(shè)備按軸系布置可分為單軸和多軸配置方案，多軸配置方案又可分為一拖一、二拖一、三拖一等。在多軸配置方案里，考慮到夏季純凝、冬季抽凝供熱和背壓供熱等多工況運行的需求，機組大都配置有自同步離合器（Synchro-Self-Shifting，SSS，以下簡稱SSS 離合器），SSS 離合器可以實現(xiàn)低壓缸的“解列”和“并車”[1]，使機組能夠在抽凝和背壓模式之間在線切換。設(shè)置SSS 離合器一方面可以提高能源利用效率，另一方面，也會對軸系振動產(chǎn)生影響，降低機組運行的安全性。

某S 熱電廠聯(lián)合循環(huán)機組為一拖一、分軸帶SSS 離合器的軸系配置。燃?xì)廨啓C功率310 MW；汽輪機功率145 MW，汽機軸系布置如圖1 所示，高中壓轉(zhuǎn)子連接一根短軸，與SSS 離合器連接，離合器的另一端連接低壓轉(zhuǎn)子。

圖1 汽機軸系布置

2 振動情況

2.1 運行特征

對機組運行情況進行統(tǒng)計分析，#5 軸承振動及瓦溫有以下特點：

（1）軸承金屬溫度異常；該機組汽機部分全部采用四瓦可傾式軸承，軸承結(jié)構(gòu)示意圖以及探頭布置情況如圖2 所示，底部2 個瓦塊各有一個溫度測點。在盤車狀態(tài)下，#5 軸承2 個測點溫度基本相同，但是隨著機組轉(zhuǎn)速升高，#5 軸承2 個測點溫度逐漸出現(xiàn)偏差，額定轉(zhuǎn)速至帶負(fù)荷時溫差最大達(dá)到8 ℃左右，如圖3 所示，而其他軸承2個測點溫度在各個工況下基本保持相同。

圖2 四瓦可傾式軸承結(jié)構(gòu)示意圖及測振探頭布置情況

圖3 機組12 月26 日運行時部分參數(shù)隨時間變化情況

（2）在#5 軸承Y 方向振動增大過程中，X 方向振動增大并不明顯，X、Y 方向的振動相關(guān)性不強，#5 軸承振動大主要體現(xiàn)在Y 方向振動。

（3）振動主要與運行時間有關(guān)，隨運行時間的延長振動值緩慢增大。

（4）振動有隨負(fù)荷變化的趨勢，但不明顯；但當(dāng)負(fù)荷降低至90 MW 時，振動幅值會迅速回落，如圖4 所示。

圖4 機組12 月30 日運行時部分參數(shù)隨時間變化情況

2.2 振動數(shù)據(jù)

通過本特利408 對振動信號進行處理，發(fā)現(xiàn)：

（1）#5 軸承振動在增大時，5Y 的頻譜圖如圖5 所示，從圖中可以看出，振動頻率始終以工頻分量為主，幾乎沒有低頻分量，因此，可排除油膜渦動導(dǎo)致5# 振動大；由2.1 可知，振動隨運行時間有緩慢增長的趨勢，故雖為工頻振動，但是可排除掉不平衡量大的原因。

圖5 5Y 振動頻譜圖

（2）振動增大時，#5 軸承的軸心位置向右上方移動（轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向為順時針）；振動減小時，則向左下方移動，規(guī)律很明顯，而相鄰的#4 軸承和#6 軸承的軸心位置相對固定，如圖6 所示，在振動變化的過程中，#5 軸承的軸心位置不穩(wěn)定，沿右上左下方向變動，說明軸承Y 方向剛度比X 方向小，可能存在Y 方向緊力不足的情況。

圖6 #4－#6 軸心位置圖

（3）#5 軸承在振動大時的軸心軌跡如圖7 所示，從圖中可以看出軸心軌跡的橢圓非常扁，而圖8 中#4 軸承的軸心軌跡形狀較正常，圖9 中#6軸承由于振動幅值較小，軌跡沒有規(guī)則形狀，也屬正常情況；經(jīng)分析認(rèn)為，#5 軸承的軸心軌跡之所以會呈現(xiàn)圖7 情況，是由X 方向和Y 方向的剛度偏差導(dǎo)致的。

圖7 #5 軸承軸心軌跡圖

圖8 #4 軸承軸心軌跡圖

圖9 #6 軸承軸心軌跡圖

2.3 數(shù)據(jù)分析

從第2.1 和2.2 節(jié)振動數(shù)據(jù)分析，#5 軸承振動頻率始終以工頻分量為主，幾乎沒有低頻分量，因此，可排除油膜渦動導(dǎo)致#5 軸承振動大；由2.1 可知，振動隨運行時間有緩慢增長的趨勢，故雖為工頻振動，但是可排除掉不平衡量大的原因。軸心位置的變化與振動趨勢的變化符合振動理論，即轉(zhuǎn)子向右上方移動時（遠(yuǎn)離左下方瓦塊），該方向油膜變厚，剛度變小，振動增大，反之亦然；但是軸心位置變動幅度太大屬異常，軸心軌跡橢圓度過大且方位呈45°也屬異常，結(jié)合下半兩瓦塊溫度差別大均說明#5 軸承工作狀態(tài)異常，應(yīng)對該軸承進行翻瓦檢查。

3 檢查及處理

3.1 檢查情況

#5 軸承位于自同步離合器高壓側(cè)的短軸轉(zhuǎn)子上，也可看作高壓轉(zhuǎn)子外伸端的支撐，設(shè)計載荷為34 000 N。該軸承的安裝示意圖如圖10 所示，在轉(zhuǎn)子提升過程中需使用拉力計測量提升力，當(dāng)力達(dá)到設(shè)計值時，此時的U 值即為#5 軸承的安裝標(biāo)高[2]。安裝標(biāo)高的偏差直接影響#5 軸承的承載情況，而軸承的載荷會影響其穩(wěn)定性。故對#5 軸承的檢查重點為軸承載荷。

圖10 #5 軸承安裝標(biāo)高示意圖

檢查過程中在#5 軸承處架百分表，并用拉力計記錄力，測量結(jié)果見表1。從表1 可以看出，用1 噸力（9 800 N）提升轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子被抬起0.018 mm，說明#5 軸承在原來的位置根本沒有承載，而在設(shè)計載荷34 000 N 時，轉(zhuǎn)子約被抬起了0.05 mm。經(jīng)分析，#5 軸承不承載是導(dǎo)致振動大的根本原因。

表1 #5 軸承力與抬起標(biāo)高對應(yīng)關(guān)系

除了檢查軸承載荷，對軸承的間隙和緊力也進行了檢查，結(jié)果見表2，從表中可看出軸承右側(cè)沒有緊力，為間隙配合，這也是導(dǎo)致#5 軸承Y 方向剛度小、振動大的次要原因。

表2 #5 軸承間隙和緊力檢查結(jié)果

3.2 處理措施及效果

從3.1 節(jié)中了解到，#5 軸承存在不承載及右側(cè)緊力不足的問題，針對這2 個問題采取了以下處理措施后，機組再次啟機沒有發(fā)生振動大問題，而且X 方向和Y 方向的振動都小于30 μm，處理效果非常好。

（1）為解決#5 軸承不承載情況，根據(jù)表1 的檢查數(shù)據(jù)，將軸承標(biāo)高上抬0.05 mm，可使軸承承載滿足設(shè)計要求；標(biāo)高調(diào)整通過在軸承下半墊塊下增加墊片達(dá)到。

（2）軸承右側(cè)緊力恢復(fù)到設(shè)計值要求的過盈0～0.05 mm，可通過在軸承上半右側(cè)墊塊下增加墊片來達(dá)到；

最終每個墊塊下的墊片調(diào)整量需結(jié)合軸承標(biāo)高與檢查結(jié)果情況，使各參數(shù)均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

（1）本文首先對#5 軸承的振動特征進行了詳細(xì)描述，并對振動數(shù)據(jù)進行分析，特征與數(shù)據(jù)兩者相結(jié)合確定了導(dǎo)致振動的原因為#5 軸承工作狀態(tài)異常；

（2）通過對#5 軸承進行翻瓦檢查，確定了軸承不承載是導(dǎo)致軸承工作狀態(tài)異常的根本原因；緊力不足為Y 方向振動大的次要原因。

（3）通過對#5 軸承標(biāo)高和緊力進行調(diào)整，最終徹底解決了軸承振動大的問題。