聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電機(jī)組二倍頻振動(dòng)大分析及處理

摘 要：針對(duì)某聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電機(jī)組二倍頻振動(dòng)難題，進(jìn)行前軸承箱模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，得出前軸承箱的固有頻率，根據(jù)歷史振動(dòng)情況，得出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛度不對(duì)稱是引起二倍頻振動(dòng)的主要因素。對(duì)高發(fā)對(duì)輪聯(lián)軸器端面錯(cuò)位值進(jìn)行調(diào)整，二倍頻振動(dòng)有所下降。研究過程和治理結(jié)果對(duì)于解決同類振動(dòng)故障具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電機(jī)組；二倍頻；振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TK268+.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）18-0059-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.18.015

1" " 設(shè)備概述

某電廠聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)（型號(hào)LNCB320/155-

13.02/0.65/565/565）為哈爾濱汽輪機(jī)廠自主研發(fā)的三壓、再熱、雙缸型、向下排汽、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)用凝汽式汽輪機(jī)，該機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)純凝、抽凝、背壓三種運(yùn)行模式，機(jī)組于2014年6月18日投產(chǎn)。

汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、中間軸、低壓轉(zhuǎn)子依次連接而成。其中高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子通過SSS（Synchro-Self-Shifting）離合器連接，當(dāng)供熱需求達(dá)到最大時(shí)，低壓轉(zhuǎn)子通過SSS離合器解列，高中壓模塊單獨(dú)以背壓方式運(yùn)行。

汽輪機(jī)高中壓外缸通過下貓爪支撐在前箱和中箱上，與前、中軸承箱之間有定中心梁的推拉機(jī)構(gòu)，汽缸膨脹時(shí)，依靠定中心梁推拉軸承箱和汽缸，同時(shí)也保證了整個(gè)汽缸的中心。機(jī)組設(shè)有兩個(gè)絕對(duì)死點(diǎn)，高中壓缸絕對(duì)死點(diǎn)位于中軸承箱橫鍵中心線與汽輪機(jī)中心線的交點(diǎn)，低壓缸絕對(duì)死點(diǎn)位于低壓缸排汽中心線與汽輪機(jī)中心線的交點(diǎn)。

機(jī)組設(shè)有兩個(gè)相對(duì)死點(diǎn)（推力軸承），分別位于高中壓模塊的前軸承箱和低壓模塊的后軸承箱，高中壓轉(zhuǎn)子以前推力軸承為死點(diǎn)向低壓端膨脹，低壓轉(zhuǎn)子以后推力軸承為死點(diǎn)向高壓端膨脹，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的膨脹量由連接在兩轉(zhuǎn)子中間的SSS離合器吸收。機(jī)組軸系布置如圖1所示。

2" " 振動(dòng)概況

機(jī)組投產(chǎn)以來，1瓦、7瓦、8瓦軸振長(zhǎng)期存在較大二倍頻分量。振動(dòng)現(xiàn)象表征二倍頻分量與轉(zhuǎn)速關(guān)系密切，轉(zhuǎn)速低于2 795 r/min時(shí)，振動(dòng)二倍頻分量低于30 μm；后隨轉(zhuǎn)速上升，二倍頻分量快速爬升，在2 950 r/min左右二倍頻振動(dòng)達(dá)到峰值；之后隨轉(zhuǎn)速上升二倍頻振動(dòng)減弱，如表1所示。

振動(dòng)現(xiàn)象表征整個(gè)參振系統(tǒng)在2 950 r/min左右存在一個(gè)二倍頻的共振區(qū)，由于該共振峰距離工作轉(zhuǎn)速（3 000 r/min）只有50 r/min，避開裕度不夠，因此工作轉(zhuǎn)速下1瓦、7瓦、8瓦軸振存在較大二倍頻分量，如表2所示[1]。

3" " 振動(dòng)測(cè)試與分析

（1）從振動(dòng)數(shù)據(jù)看，1瓦軸振二倍頻分量最大，7瓦、8瓦軸振二倍頻振動(dòng)相對(duì)1瓦略小，并且就地實(shí)測(cè)1號(hào)軸承座上方前箱蓋板位置存在明顯的二倍頻振動(dòng)，而7瓦、8瓦的瓦振無明顯二倍頻分量，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。所以推測(cè)前軸承箱存在98 Hz左右固有頻率，導(dǎo)致2 950 r/min左右發(fā)生二倍頻共振[2]。

隨后對(duì)前軸承箱進(jìn)行模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，得到前軸承箱的試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)。試驗(yàn)將前軸承箱上半吊開，保留下半。試驗(yàn)過程中把轉(zhuǎn)子吊起，使其脫離軸瓦。軸承箱下半共布置測(cè)點(diǎn)58個(gè)，分為前箱電側(cè)端面、前箱左側(cè)、前箱右側(cè)、前箱筋板4個(gè)測(cè)試面進(jìn)行測(cè)試，實(shí)物圖如圖2所示，建立前軸承箱的結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，用MIMO（多輸入多輸出）模態(tài)分析方法共得到前軸承箱前4階模態(tài)結(jié)果，如表4所示。

模態(tài)測(cè)試采用多次錘擊法進(jìn)行，力錘選取尼龍頭進(jìn)行激勵(lì)，每個(gè)激勵(lì)點(diǎn)分別進(jìn)行3次錘擊，得到力錘的力信號(hào)和加速度響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)一步計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻響函數(shù)、相位及相干信息。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，前軸承箱整體響應(yīng)信號(hào)以及頻響函數(shù)相干較好，受現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件限制部分位置頻響函數(shù)相干較差。測(cè)試過程受到50 Hz工頻信號(hào)干擾，但不影響測(cè)試結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果看，前軸承箱在試驗(yàn)條件下一階固有頻率為92.19 Hz，避開98 Hz一定的裕度。

（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身截面剛度不對(duì)稱，大齒方向剛度高，小齒方向剛度低。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中垂直方向剛度的變化引起了撓度變化，轉(zhuǎn)動(dòng)1/2周時(shí)，撓度變化1個(gè)周期；轉(zhuǎn)動(dòng)1周時(shí)，撓度變化2個(gè)周期?？赡苁怯捎诎l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在二倍頻分量，通過高發(fā)對(duì)輪影響高中壓轉(zhuǎn)子，使得1瓦也表現(xiàn)出較大的二倍頻振動(dòng)[3]。

經(jīng)了解，2014年機(jī)組首次定速時(shí)，1瓦二倍頻181 μm，7瓦二倍頻102 μm，8瓦二倍頻107 μm，完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)，機(jī)組的1瓦、2瓦、3瓦、6瓦、7瓦、8瓦軸振均比較大。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠加工，對(duì)其在結(jié)構(gòu)尺寸上進(jìn)行了改進(jìn)，包括轉(zhuǎn)子本體截面變化、軸柄尺寸變化、軸頸尺寸變化、風(fēng)扇環(huán)尺寸變化、開不等深月牙槽等，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)5階臨界轉(zhuǎn)速由之前的6 080 r/min降至5 801 r/min，出廠時(shí)二倍頻振動(dòng)仍然達(dá)到25 μm。開機(jī)時(shí)1瓦二倍頻最大60 μm，其余各瓦二倍頻小于35 μm。

4" " 振動(dòng)治理

經(jīng)核算，在檢修期間，發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器與汽輪機(jī)聯(lián)軸器端面錯(cuò)位值由零對(duì)零調(diào)整為發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器端面高出汽輪機(jī)聯(lián)軸器端面0.08～0.13 mm[4]，修后啟動(dòng)1瓦、7瓦、8瓦二倍頻分量有所下降，1瓦下降最多約15 μm。

5" " 結(jié)束語

目前對(duì)于二倍頻振動(dòng)的原因、機(jī)理研究較少，缺乏有效的治理措施和手段。本文針對(duì)聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電機(jī)組二倍頻振動(dòng)難題，進(jìn)行前軸承箱模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，得到前軸承箱的固有頻率，根據(jù)歷史振動(dòng)情況，得出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛度不對(duì)稱是引起二倍頻振動(dòng)的主要因素。檢修期間對(duì)高發(fā)對(duì)輪聯(lián)軸器端面錯(cuò)位值進(jìn)行調(diào)整，最終二倍頻振動(dòng)有所下降。研究過程和治理結(jié)果對(duì)于解決同類振動(dòng)故障具有借鑒意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2] 吳亞軍，楊建剛，曹仲勛.支撐剛度對(duì)汽輪機(jī)組軸承座振動(dòng)影響分析[J].電站系統(tǒng)工程，2017，33（6）：54-56.

[3] 施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2017.

[4] 李浩.某電站汽輪機(jī)振動(dòng)異常原因分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2022（19）：73-75.

收稿日期：2023-05-31

作者簡(jiǎn)介：楊陽（1988—），男，陜西人，高級(jí)工程師，研究方向：汽輪機(jī)振動(dòng)分析。

季鵬飛（1989—），男，河北人，高級(jí)工程師，研究方向：轉(zhuǎn)機(jī)振動(dòng)分析、熱力系統(tǒng)分析。