王曉明，李素卿，王雪峰

（1.國(guó)電太原第一熱電廠(chǎng)，山西 太原 030021；

2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的分析處理

王曉明1，李素卿1，王雪峰2

（1.國(guó)電太原第一熱電廠(chǎng)，山西 太原 030021；

2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

某電廠(chǎng)11號(hào)機(jī)組4—7號(hào)軸承振動(dòng)在運(yùn)行時(shí)頻繁發(fā)生大幅波動(dòng)甚至超標(biāo)現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)機(jī)組帶負(fù)荷振動(dòng)數(shù)據(jù)及升降速相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的全面分析，發(fā)現(xiàn)異常振動(dòng)主要是低頻分量產(chǎn)生突變所致，確定了機(jī)組異常的主要原因?yàn)檩S瓦斷油后鎢金磨損所致的自激振動(dòng)，檢修中對(duì)受損軸瓦進(jìn)行了更換和修復(fù)，機(jī)組啟動(dòng)后各軸承軸振、瓦振、瓦溫均正常且穩(wěn)定，在隨后的運(yùn)行中再?zèng)]發(fā)生突發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象。

300 M W機(jī)組；軸瓦磨損；自激振動(dòng)

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組是化石燃料電廠(chǎng)中的核心設(shè)備，軸系振動(dòng)水平是衡量機(jī)組安全可靠性的重要指標(biāo)。過(guò)大的振動(dòng)會(huì)影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至導(dǎo)致設(shè)備部件的疲勞損壞，一些重大的毀機(jī)事故直接或間接地與振動(dòng)有關(guān)，因此振動(dòng)作為衡量機(jī)組可靠性的安全性指標(biāo)尤為重要。引起振動(dòng)的因素很多，其中軸瓦自激振動(dòng)是一種主要的表現(xiàn)形式，軸瓦自激振動(dòng)一般包括油膜渦動(dòng)和油膜振蕩。油膜渦動(dòng)是指轉(zhuǎn)速超過(guò)一定值時(shí)，轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)頻率約等于轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的一半，又稱(chēng)為半頻渦動(dòng)[1]。由于這類(lèi)型振動(dòng)呈現(xiàn)突發(fā)、大幅、低頻的特性，對(duì)機(jī)組軸系產(chǎn)生的危害往往比常規(guī)的不平衡振動(dòng)更為嚴(yán)重，一旦發(fā)生會(huì)對(duì)機(jī)組的安全產(chǎn)生極大威脅。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

某電廠(chǎng)11號(hào)300 MW汽輪機(jī)原為東方汽輪機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的NC300/220-16.7/537/537型供暖抽汽凝汽式，后于2008年由北京全四維動(dòng)力科技有限公司進(jìn)行了通流部分現(xiàn)代化改造，改造后型號(hào)為NC330/235－16.67/0.49/537/537。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系主要由高、中、低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和主、副勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子組成，各個(gè)轉(zhuǎn)子間的連接均采用剛性聯(lián)軸器，其中高、中壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，11號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組軸系如圖1所示。

圖1 11號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組軸系示意圖

2 振動(dòng)概況

2015年12月3日正常運(yùn)行中當(dāng)值人員發(fā)現(xiàn)該機(jī)組4號(hào)瓦X向軸振動(dòng)由70 μm突增至100 μm；6號(hào)瓦X向軸振動(dòng)由150 μm突增至185 μm，同時(shí)4—7號(hào)瓦的軸振、瓦振動(dòng)都不同程度存在波動(dòng)，且有上升趨勢(shì)。4號(hào)瓦X向及6號(hào)瓦X向軸振動(dòng)最大時(shí)均達(dá)230 μm以上，6號(hào)軸承垂直瓦振動(dòng)達(dá)52 μm。振動(dòng)突變時(shí)6號(hào)軸承X向軸振動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 6號(hào)軸承X向軸振動(dòng)趨勢(shì)圖

為分析判斷振動(dòng)異常變化的原因，便于運(yùn)行中加強(qiáng)控制，并在檢修中徹底消振，相關(guān)技術(shù)人員在機(jī)組運(yùn)行中進(jìn)行了負(fù)荷、真空、發(fā)電機(jī)風(fēng)溫及潤(rùn)滑油溫、油壓調(diào)整試驗(yàn)，均未取得明顯效果，但發(fā)現(xiàn)投運(yùn)頂軸油泵能維持軸系振動(dòng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

3 振動(dòng)特征

當(dāng)不發(fā)生振動(dòng)突變現(xiàn)象時(shí)，機(jī)組各瓦振動(dòng)均以基頻成分為主，且振幅、相位均相對(duì)穩(wěn)定。

機(jī)組振動(dòng)突變現(xiàn)象沒(méi)有規(guī)律，在升降負(fù)荷過(guò)程中均可能出現(xiàn)，在振動(dòng)突變時(shí)基頻分量的幅值、相位均比較穩(wěn)定，主要是21.85 Hz分量產(chǎn)生突變所致，這與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速1 320 r/min基本一致。

相關(guān)調(diào)整試驗(yàn)表明振動(dòng)變化與負(fù)荷、真空、發(fā)電機(jī)風(fēng)溫及潤(rùn)滑油溫、油壓無(wú)均無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)各瓦軸振傳感器間隙電壓測(cè)量發(fā)現(xiàn)，5—6號(hào)軸振傳感器間隙電壓較初始安裝值（-8～-10 V）有明顯變化，尤其6號(hào)瓦X向軸振傳感器間隙電壓達(dá)-15.4 V，初步分析軸振傳感器與軸頸距離變大為轉(zhuǎn)子下沉所致。各瓦軸振傳感器間隙電壓見(jiàn)表1。

表1 各瓦軸振傳感器間隙電壓表 V

4 振動(dòng)分析及處理

4.1 原因分析

轉(zhuǎn)子的軸頸在軸承內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)存在穩(wěn)定性問(wèn)題。穩(wěn)定時(shí)軸頸只是高速旋轉(zhuǎn)；而失穩(wěn)后轉(zhuǎn)子不僅圍繞軸頸中心高速旋轉(zhuǎn)，而且軸頸本身還將繞著平衡點(diǎn)渦旋或渦動(dòng)。軸頸的狀態(tài)就決定于轉(zhuǎn)速，且總對(duì)應(yīng)有一個(gè)特定轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速以下，該轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)是穩(wěn)定的；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)它后，軸頸開(kāi)始失去穩(wěn)定性，發(fā)生渦動(dòng)，產(chǎn)生軸瓦自激振動(dòng)[2]。相關(guān)資料表明圓筒瓦、橢圓瓦、多油楔、多油葉可傾瓦等軸承，只要是屬于高速輕載，都有可能發(fā)生油膜失穩(wěn)[3]。由現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果初步分析該機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)狀況異常變化的主要原因是軸瓦工作穩(wěn)定性下降導(dǎo)致的自激振動(dòng)。

經(jīng)對(duì)歷史運(yùn)行記錄進(jìn)行查閱發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組在2015年11月15日晚故障停機(jī)過(guò)程中曾短時(shí)出現(xiàn)交、直流油泵全停，導(dǎo)致測(cè)量潤(rùn)滑油壓由214 kPa降至50 kPa，由于潤(rùn)滑油壓變送器安裝位置較低，其實(shí)際油壓比測(cè)量油壓低，可能出現(xiàn)機(jī)組軸瓦供油不足甚至短時(shí)斷油，軸瓦烏金發(fā)生摩損；停機(jī)惰走過(guò)程中不同轉(zhuǎn)速下，各軸瓦溫度均有所升高，惰走時(shí)間較以往偏短10 min；盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，6、7號(hào)軸瓦溫度較以往明顯偏高10℃以上；當(dāng)晚機(jī)組再次啟動(dòng)后，6號(hào)瓦溫度曾高達(dá)110℃，帶負(fù)荷后逐漸下降至約75℃，但仍比停機(jī)前高出近10℃。初步分析軸系振動(dòng)異常變化是由于軸瓦經(jīng)缺油磨損后造成頂隙、側(cè)隙超標(biāo)，油膜形成不好，使軸瓦穩(wěn)定性惡化。停機(jī)前、啟動(dòng)后各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)也表明軸瓦油膜壓力變低的問(wèn)題，從而導(dǎo)致在帶負(fù)荷后軸瓦多次產(chǎn)生自激振動(dòng)。各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。

表2 各軸瓦頂軸油壓數(shù)據(jù)對(duì)比表 MPa

4.2 檢查處理

4.2.1 檢查結(jié)果

揭軸瓦檢查結(jié)果證實(shí)了先前的原因分析，6、7號(hào)瓦下部鎢金磨損嚴(yán)重，底部油孔存在堵塞現(xiàn)象，軸瓦已無(wú)修復(fù)價(jià)值；1—5號(hào)及8—11號(hào)瓦均有磨損，各瓦下部鎢金磨損均導(dǎo)致頂部間隙過(guò)大，從而導(dǎo)致了軸瓦出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

4.2.2 處理措施

現(xiàn)場(chǎng)處理低頻振動(dòng)最直接的方法是提高軸瓦工作穩(wěn)定性。根據(jù)檢查結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)6、7號(hào)瓦進(jìn)行了更換；對(duì)1—5號(hào)及8—11號(hào)瓦鎢金進(jìn)行了修復(fù)；各瓦按工藝要求回裝，尤其保證軸瓦頂部間隙在合格范圍內(nèi)，并重新調(diào)整了軸系中心。

將潤(rùn)滑油壓變送器移至與軸瓦等高的位置，避免油壓測(cè)量偏差的問(wèn)題。

4.2.3 處理結(jié)果

經(jīng)過(guò)上述工作后11號(hào)機(jī)組順利啟動(dòng)，帶負(fù)荷后各瓦振動(dòng)、瓦溫均十分穩(wěn)定，在隨后的運(yùn)行中再?zèng)]發(fā)生突發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象。

5 結(jié)論

a)該機(jī)組在故障期間因短時(shí)油泵全停出現(xiàn)軸瓦供油不足，甚至可能斷油的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致下部軸瓦鎢金嚴(yán)重摩損，油膜形成不好、頂部間隙過(guò)大是導(dǎo)致機(jī)組軸系頻繁自激振動(dòng)的起因。而潤(rùn)滑油壓變送器安裝位置不當(dāng)，油泵未能及時(shí)聯(lián)啟，造成潤(rùn)滑油中斷，是導(dǎo)致軸瓦損壞的主要原因。

b)在運(yùn)行中發(fā)生潤(rùn)滑油壓異常變化，同時(shí)軸瓦溫度明顯升高的現(xiàn)象后，要及時(shí)停機(jī)對(duì)參數(shù)異常的軸瓦進(jìn)行檢查，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行處理。

c)不同類(lèi)型軸瓦均可能發(fā)生機(jī)組自激振動(dòng)，對(duì)安全運(yùn)行危害較大，一般通過(guò)改善軸瓦工作狀態(tài)的方法均能取得較好的效果。

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

[2] 顧晃.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)與平衡 [M].北京：水利電力出版社,1989：55～56.

[3] 王雪峰，盧家勇，李東.給水泵小汽輪機(jī)突發(fā)性振動(dòng)的分析處理 [J].山西電力，2006(3):30～31.

Analysis and Treatment on Abnormal Vibration of 300 MW Turbo Generator Unit

WANG Xiaoming1,LI Suqing1,WANG Xuefeng2
（1.Guodian Taiyuan No.1 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030021,China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China）

The vibration of No.4—7 bearing bush in a power plant frequently suffered abnormal fluctuations,the phenomenon of which is even standard-exceeding.Through comprehensive analysis on the vibration data and relative parameters of acceleration and deceleration,it is concluded that the abnormal vibration was mainly caused by sudden change of low frequency component,and it is identified that the main reason is self-excited vibration caused bytungsten wearing.Then,the worn bearingbush was changed and repaired in maintenance,thereafter,bear vibration,shaft vibration and bearingtemperature have been normal and stable.

300 MWunit;bearingbush wearing;self-excited vibration

TM311

B

1671-0320（2017）04-0067-03

2017-04-25，

2017-05-09

王曉明（1974)，男，山西平定人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師,從事技術(shù)管理工作;

李素卿（1960），女，山西盂縣人，1982年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)試驗(yàn)及故障診斷處理工作;

王雪峰（1973），男，山西興縣人，1996年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電廠(chǎng)熱能動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)試驗(yàn)及故障診斷處理工作。