張曉麗，孫振波，陳懷勝，花雪生

(1.沈陽金山能源股份有限公司金山熱電分公司，遼寧 沈陽 110101；2.沈陽華潤熱電有限公司，遼寧 沈陽 110043)

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200 MW機(jī)組低發(fā)對輪中心變化對振動影響分析及處理

張曉麗1，孫振波2，陳懷勝2，花雪生2

(1.沈陽金山能源股份有限公司金山熱電分公司，遼寧 沈陽 110101；2.沈陽華潤熱電有限公司，遼寧 沈陽 110043)

200 MW機(jī)組檢修前振動處于良好水平，檢修中未做影響轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡工作，修后啟動轉(zhuǎn)速在2 000 r/min時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5、6瓦振動大，機(jī)組跳機(jī)。排除低發(fā)對輪裝配工藝不當(dāng)及摩擦因素后，機(jī)組轉(zhuǎn)速也未能升到2 200 r/min，通過3次動平衡，機(jī)組順利帶滿負(fù)荷。實(shí)踐證明，該機(jī)組低發(fā)對輪中心變化對振動影響顯著，其檢修工藝對其它機(jī)組具有借鑒意義。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；中心變化；振動；動平衡

某電廠3號汽輪機(jī)為200 MW超高壓、一次中間再熱、單軸、兩缸、雙排汽、雙抽、凝汽供熱式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)的額定容量、電壓和電流分別為23 529 kVA、18 kV和7 547.1 A，冷卻方式為空氣冷卻，型號為WX23Z-109LLT。發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速為860 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為2 298 r/min，汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支撐軸承均為落地式軸瓦。

機(jī)組檢修前振動處于良好狀態(tài)，檢修后啟動轉(zhuǎn)速在2 000 r/min時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸振和瓦振都在50 μm以內(nèi)，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的5、6瓦振動大，5瓦垂直振動為82 μm，機(jī)組跳機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子無法達(dá)到二階臨界轉(zhuǎn)速。在排除低發(fā)對輪裝配工藝不當(dāng)及摩擦因素后，機(jī)組也未能升到2 200 r/min，通過3次動平衡后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)瓦振小于20 μm，工作轉(zhuǎn)速時(shí)瓦振小于30 μm，機(jī)組順利帶滿負(fù)荷。

1 檢修情況

1.1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

將發(fā)電機(jī)解體，抽出轉(zhuǎn)子，對各部分進(jìn)行吹灰、擦拭、清理和檢查，對轉(zhuǎn)子本體、護(hù)環(huán)、中心環(huán)及風(fēng)扇葉進(jìn)行探傷。檢修中只發(fā)現(xiàn)定子鐵芯有11處局部過熱，其余部分正常，轉(zhuǎn)子上只對兩側(cè)風(fēng)扇葉進(jìn)行了拆裝，其余部分沒有處理。

1.2 低發(fā)對輪中心

檢修前后低發(fā)對輪中心發(fā)生了很大變化。全實(shí)缸狀態(tài)下，修前低發(fā)對輪圓心差嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值，為使之能在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由修前比低壓轉(zhuǎn)子高0.20 mm，調(diào)整為低0.045 mm，由修前向左偏0.175 mm，調(diào)整為向右偏0.015 mm；端面偏差未能調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，下張口由修前的0.10 mm調(diào)整到0.065 mm，由修前左張口為0.04 mm調(diào)整為右張口0.05 mm(見表1)。

表1 檢修前、后低發(fā)對輪中心 mm

1.3 低發(fā)對輪組合晃度及同心度

低發(fā)對輪低壓側(cè)對輪組合晃度修前2—8點(diǎn)最大為50 μm，修后1—7點(diǎn)最大為70 μm；電機(jī)側(cè)對輪組合晃度修前5—11點(diǎn)最大為80 μm，修后4—10點(diǎn)最大為90 μm。低發(fā)對輪同心度修前5—11點(diǎn)最大為70 μm，修后1—7點(diǎn)最大為150 μm。低發(fā)對輪低壓及電機(jī)側(cè)單跳最大為50 μm，組合后低壓側(cè)變化不大，而電機(jī)側(cè)變化大，低發(fā)對輪組合晃度及同心度修后超過了標(biāo)準(zhǔn)要求的30 μm(見表2)。

表2 低發(fā)對輪組合晃度及同心度 μm

1.4 低發(fā)對輪連接

低發(fā)對輪采用錐形套液力螺栓連接，在拆裝時(shí)，需要使用專用的拉伸裝置對螺杠進(jìn)行拉長，但需控制螺杠伸長量，目的是裝配時(shí)實(shí)現(xiàn)螺栓、錐形套和對輪三者無間隙配合，拆卸時(shí)更好地釋放拉應(yīng)力，減小螺帽承受的壓力，實(shí)現(xiàn)螺栓、錐形套和對輪三者分離。在低發(fā)對輪螺栓檢修拆裝時(shí)，沒有使用專業(yè)工具，由于運(yùn)行時(shí)機(jī)組出現(xiàn)振動，后來用專業(yè)工具重新進(jìn)行了裝配。

2 振動情況

2000年9月26日，機(jī)組進(jìn)行大修后首次啟動，轉(zhuǎn)速升至2 000 r/min時(shí)，5瓦垂直振動達(dá)到82 μm，機(jī)組跳機(jī)(振動保護(hù)為單瓦達(dá)到80 μm機(jī)組跳機(jī))，而后對5瓦振動保護(hù)跳機(jī)值進(jìn)行了調(diào)整，跳機(jī)值增大至100 μm時(shí)，又進(jìn)行一次啟動，結(jié)果和首次同樣，5瓦振動大發(fā)生跳機(jī)，轉(zhuǎn)速未能通過2 200 r/min。機(jī)組振動具有以下特征。

a.2次啟動振動具有很好的重復(fù)性，5、6瓦振動以工頻為主，振動高點(diǎn)相位相差180°左右。

b.5、6瓦X方向軸振遠(yuǎn)大于Y方向，5Y、6Y軸振通頻與工頻相差比較大。

c.5瓦Y向軸振小于5瓦振動，6瓦Y向軸振與6瓦振動接近。

d.5瓦的頂軸油壓表讀數(shù)與修前相比波動特別大。

e.該轉(zhuǎn)速接近發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階轉(zhuǎn)速。

3 第1階段消振

3.1 復(fù)查發(fā)電機(jī)風(fēng)扇

檢修時(shí)對發(fā)電機(jī)風(fēng)扇進(jìn)行了拆裝，如果回裝錯位，有可能產(chǎn)生質(zhì)量不平衡，因此，揭開發(fā)電機(jī)兩端上端蓋，復(fù)查發(fā)電機(jī)風(fēng)扇安裝情況，經(jīng)過確認(rèn)可知安裝正常。

3.2 復(fù)查低發(fā)對輪連接

低發(fā)對輪螺栓連接緊力差別大，隨轉(zhuǎn)速升高，振動加強(qiáng)，為此復(fù)查低發(fā)對輪螺栓連接緊力情況，發(fā)現(xiàn)連接螺栓螺母松緊不一，該連接螺栓為錐形套液力螺栓，拆裝沒有按照工藝要求施工，為此請專業(yè)人員按照工藝要求進(jìn)行了重新安裝。

3.3 復(fù)查5、6瓦間隙

對5、6瓦上瓦進(jìn)行解體檢查，5瓦左下、6瓦右下油檔有輕微磨痕，左右及頂部間隙正常。

3.4 復(fù)查低發(fā)對輪晃度

低發(fā)對輪組合晃度電機(jī)側(cè)最大為88 μm，與修后測量值相當(dāng)且與高點(diǎn)值位置相對應(yīng)。

4 第2階段消振

該廠共有3臺機(jī)組，全部擔(dān)負(fù)城市供熱任務(wù)，此時(shí)機(jī)組已進(jìn)入供熱期，1號機(jī)組在檢修，2號機(jī)組鍋爐水冷壁泄漏，所以3號機(jī)組能夠盡快投運(yùn)至關(guān)重要，復(fù)查轉(zhuǎn)子中心需要幾天時(shí)間，本次暫不進(jìn)行轉(zhuǎn)子中心復(fù)查。9月30日再次啟動時(shí)，發(fā)現(xiàn)振動沒有多大改觀，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5瓦振動達(dá)95.9 μm(見表3)，手動打閘停機(jī)，振動保護(hù)調(diào)整到100 μm，升速時(shí)5、6瓦振動波德圖見圖1。

表3 第1階段消振后啟動振動數(shù)據(jù)

圖1 5、6瓦振動波德圖

4.1 振動原因分析[1]

機(jī)組修前振動不大，修后未做影響轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡的檢修工作(排除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拆裝風(fēng)扇影響)，修后轉(zhuǎn)速達(dá)2 220 r/min時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動大，打閘停機(jī)。振動屬于穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在二階質(zhì)量不平衡，可以排除轉(zhuǎn)子一階不平衡和電磁力的影響，不能排除的是低發(fā)對輪高差、同心度及晃度的影響，幾種因素耦合在一起，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動。

a.對轉(zhuǎn)子振型影響

低發(fā)對輪高差的變化對軸瓦載荷、轉(zhuǎn)子支撐狀態(tài)都有影響，可改變軸瓦振動模態(tài)特性，使轉(zhuǎn)子振型發(fā)生變化。大修前后低發(fā)對輪高差發(fā)生變化，有可能改變轉(zhuǎn)子振型，破壞轉(zhuǎn)子原有平衡，從而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動。

b.對轉(zhuǎn)子激振力影響

低發(fā)對輪同心度及組合晃度在修后比修前大，會使轉(zhuǎn)子承受額外的激振力，引起了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動，通常振動頻譜以1X、2X為主，也可能產(chǎn)生更高頻率的振動諧波分量。平衡前轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5Y、6Y軸振動諧波分量豐富，2X振動分量大于1X(見圖2)，平衡后轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5Y、6Y軸振動以1X為主，其余軸振動沒有諧波分量(見圖3)。

圖2 平衡前5Y、6Y軸振動頻譜圖

圖3 平衡后5Y、6Y軸振動頻譜圖

c.對X、Y方向軸振動影響

低發(fā)對輪圓心差的改變不僅改變了動靜間隙，也會改變轉(zhuǎn)子軸心位置，使軸瓦油膜剛度差別較大，從而使X、Y軸振動出現(xiàn)偏差，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向剛度不對稱，也可使X、Y軸振動出現(xiàn)偏差。由于修前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子X、Y方向軸振動沒有較大偏差，修后出現(xiàn)的較大軸振動偏差與低發(fā)對輪圓心差變化較大有關(guān)，啟動過程中，平衡前5瓦軸心位置極不穩(wěn)定(見圖4)，平衡后軸心位置相對穩(wěn)定(見圖5)。

圖4 平衡前5瓦軸心位置圖

圖5 平衡后5瓦軸心位置圖

d.對軸瓦載荷影響

修前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高于低壓轉(zhuǎn)子，修后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子低于低壓轉(zhuǎn)子，低發(fā)對輪連接后會使5瓦載荷減小，6瓦載荷加重。低發(fā)對輪端面下張口修后比修前略有減小，對輪連接后對5瓦載荷影響不大。修后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子低于低壓轉(zhuǎn)子會使5瓦載荷減小，使軸系剛度發(fā)生改變，修后的5瓦振動大于5瓦Y向軸振及油膜壓力波動大的原因是5瓦載荷較輕，6瓦Y向軸振與6瓦振動接近的原因是6瓦載荷較重。

4.2 平衡過程

a.2 200 r/min時(shí)動平衡[2]

依據(jù)2 220 r/min時(shí)的振動數(shù)據(jù)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇端面處試加1組反對稱重量，5瓦側(cè)加重410 g/200°，6瓦側(cè)加重410 g/20°。試加重啟動后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動明顯改善，達(dá)到3 000 r/min，但是2 290 r/min時(shí)6X軸振偏大，工作轉(zhuǎn)速時(shí)6瓦的瓦振和軸振偏大(見表4)。

表4 第1次動平衡后啟動時(shí)振動數(shù)據(jù)

b.3 000 r/min時(shí)動平衡[3]

依據(jù)試加重后的2 220 r/min時(shí)振動數(shù)據(jù)，采用影響系數(shù)法，計(jì)算出2 200 r/min時(shí)的調(diào)整加重量，同時(shí)根據(jù)3 000 r/min時(shí)的振動值和相位，估算工作轉(zhuǎn)速的加重量。5、6瓦側(cè)調(diào)整的加重量為1 000 g，加重位置與第1次相同。加重后啟動，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階及工作轉(zhuǎn)速的振動都有明顯改善，第2次動平衡后啟動時(shí)振動數(shù)據(jù)見表5。

表5 第2次動平衡后啟動時(shí)振動數(shù)據(jù)

c.帶負(fù)荷時(shí)動平衡[4]

依據(jù)試加重后的2 220 r/min、3 000 r/min及帶負(fù)荷時(shí)振動數(shù)據(jù)，采用影響系數(shù)法，計(jì)算出調(diào)整重量，優(yōu)化后的加重量為5瓦側(cè)加重1 700 g/220°，6瓦側(cè)加重1 700 g/40°。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子只有風(fēng)扇端面能加重，加重位置為螺孔，平衡螺栓最大40 g，平衡螺栓不能滿足計(jì)算的加重量，為此用白鋼加工了2塊1 700 g的扇形加重塊，風(fēng)扇端面上的螺孔每側(cè)用3個(gè)螺栓固定。加重后整個(gè)軸系振動良好，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過二階時(shí)5、6瓦振動都在20 μm以內(nèi)，并網(wǎng)前5、6瓦振動都在25 μm以內(nèi)，帶負(fù)荷后5瓦振動穩(wěn)定，隨發(fā)電機(jī)無功增加，6瓦振動增大，最后穩(wěn)定在45 μm(見表6)。

表6 第3次動平衡后啟動時(shí)振動數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

低發(fā)對輪高差的改變可影響到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振型、軸瓦載荷、軸心位置，低發(fā)對輪同心度存在高差，會使轉(zhuǎn)子承受額外的激振力，這些都會引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動。實(shí)例證明，對于修前振動良好的機(jī)組，若低發(fā)對輪高差沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值，應(yīng)根據(jù)振動情況，逐步調(diào)整到設(shè)計(jì)值。對輪連接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制圓差和面差，對于超差的對輪，應(yīng)處理到符合設(shè)計(jì)值。采暖結(jié)束后，應(yīng)該停機(jī)調(diào)整對輪同心度，使之重新達(dá)到動平衡。

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

[2] 許偉軒，常 強(qiáng).大型轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下現(xiàn)場動平衡試驗(yàn)[J].東北電力技術(shù)，2012，33(10):44-46.

[3] 安勝利,楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2007.

[4] 郭寶仁,高 峰,董忠海,等.新投產(chǎn)汽輪機(jī)過臨界振動增大原因分析及處理[J].東北電力技術(shù)，2015,36(2):51-53.

200 MW Unit Change of Low to Wheel Center Influence Analysis and Processing on the Vibration

ZHANG Xiaoli1，SUN Zhenbo2,CHEN Huaisheng2,HUA Xuesheng2

(1. Shenyang Jinshan Energy Co.,Ltd., Shenyang,Liaoning 110101,China；2.Shenyang Huarun Thermal Power Co., Ltd.,Shenyang,Liaoning 110043,China)

200 MW generating unit，the vibration is in good level before repairing.The rotor mass balance at the time of repairing and after starting at 2 000 r/min.The vibration of the generator rotor 5 and 6 watts increase and then jump.after impropering to rule out low hair of wheel assembly technology and friction factors,it can not increase to 2 200 r/min.After 3 times of dynamic balance,the units can have full capacity.Practice proved that change of low wheel center is significant for vibration and the repair technology has reference significance to other units.

generator rotor;center change;bibration;dynamic balance

TM311

A

1004-7913(2017)06-0048-04

張曉麗(1982)，女，學(xué)士，工程師，從事電站檢修及管理工作。

2017-03-17)