劉 宇，何兆波，張海濤，唐士明，金俊先

(1.國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210046；2.國能雙遼發(fā)電有限公司，吉林 四平 136400；3.國能哈爾濱熱電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

振動(dòng)是影響汽輪發(fā)電機(jī)組安全性的重要參數(shù)之一，機(jī)組振動(dòng)可分為強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)。火電機(jī)組常見的振動(dòng)故障原因有質(zhì)量不平衡、動(dòng)靜碰磨、油膜振蕩與汽流激振等[1]。

質(zhì)量不平衡是引起振動(dòng)故障常見原因，現(xiàn)場動(dòng)平衡是處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障的有效手段[2-5]。

1 設(shè)備與故障概述

1.1 設(shè)備概況

某電廠汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、雙抽供熱凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N330/C255-16.67/0.8/537/537；發(fā)電機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，型號(hào)為QFSN-300-2；勵(lì)磁機(jī)型號(hào)為JL-1434-4。汽輪機(jī)軸系簡圖見圖1。

圖1 機(jī)組軸系簡圖

1.2 故障概述

電廠于2020年3月—5月進(jìn)行A級(jí)檢修，于5月19日進(jìn)行修后首次沖轉(zhuǎn)，順利定速3000 r/min，而后停機(jī)備用。備用期間對勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行檢修，于6月7日再次進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)過程中勵(lì)磁機(jī)7X振動(dòng)數(shù)值最高超過200 μm，定速后7X振動(dòng)數(shù)值達(dá)102 μm，數(shù)值偏高。

2 振動(dòng)故障分析

5月19日A級(jí)檢修后首次沖轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速2300 r/min各軸瓦振動(dòng)數(shù)值見表1，定速3000 r/min后，各軸瓦振動(dòng)數(shù)值見表2。

表1 A修后首次沖轉(zhuǎn)2300 r/min振動(dòng)數(shù)值

表2 A修后首次沖轉(zhuǎn)3000 r/min振動(dòng)數(shù)值

備用期間對勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行檢修，檢修過程中解開勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)對輪，恢復(fù)后對輪晃度達(dá)80 μm。于6月7日再次沖轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)相關(guān)各軸瓦振動(dòng)數(shù)值見表3、表4。

表3 勵(lì)磁機(jī)修后2300 r/min振動(dòng)數(shù)值

表4 勵(lì)磁機(jī)修后3000 r/min振動(dòng)數(shù)值

由表3、表4中可以看出，勵(lì)磁機(jī)檢修后，通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)以1倍頻為主，且振動(dòng)數(shù)值較首次沖轉(zhuǎn)發(fā)生較大改變。7X振動(dòng)的頻譜圖與波德圖分別見圖2、圖3。由圖2、圖3中可以看出，勵(lì)磁機(jī)7瓦振動(dòng)主要以1倍頻為主，波德圖中可以看出7X振動(dòng)數(shù)值隨著轉(zhuǎn)速變化存在典型的波峰，判斷7X振動(dòng)偏高的主要原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡。

圖2 7X振動(dòng)的頻譜圖

圖3 7X振動(dòng)的波德圖

3 振動(dòng)故障處理

對于勵(lì)磁機(jī)質(zhì)量不平衡故障，現(xiàn)場動(dòng)平衡試驗(yàn)是有效的故障處理手段[6-8]。

3.1 平衡原理

a.測量原始振動(dòng)

把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速附近，測量軸承振幅和相位，根據(jù)需要可選用定速或者變速測量。

b.試加重和測量加重后的振動(dòng)

選取一階試加重，求出各個(gè)選定平面上的加重值，依次加到各個(gè)平面上。重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)子，重復(fù)第一步驟，測量試加重后的振動(dòng)。

c.計(jì)算一階平衡重量

求出一階平衡重量Q1與試加重P1的比值α1，計(jì)算式為

(1)

A1+B1=(A01+B01)-(A0+B0)

(2)

式中：A0、B0為轉(zhuǎn)子上未加重時(shí)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的2個(gè)軸承振動(dòng)；A1、B1為轉(zhuǎn)子上加了P1后，在2個(gè)軸承上引起的加重效應(yīng)；A01、B01為轉(zhuǎn)子上加了P1后軸承的振動(dòng)。

這里的試加重P1實(shí)際上為一組重量，為計(jì)算平衡方便，一般以某一平面上加重?cái)?shù)值和方向?yàn)闇?zhǔn)。

把每個(gè)平衡面上的試加重重量分別乘以α1，即可獲得每個(gè)平衡面上所需的一階平衡重量的數(shù)值和方向。

3.2 現(xiàn)場動(dòng)平衡過程

考慮電廠的啟動(dòng)周期與加重便利，第1次配重在勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)對輪，加重方向?yàn)?60 g∠168°，配重后啟動(dòng)機(jī)組，勵(lì)磁機(jī)相關(guān)各軸瓦通過臨界轉(zhuǎn)速與定速3000 r/min振動(dòng)數(shù)值見表5、表6。

表5 對輪加重后勵(lì)磁機(jī)2300 r/min振動(dòng)數(shù)值

表6 對輪加重后勵(lì)磁機(jī)3000 r/min振動(dòng)數(shù)值

由表中振動(dòng)數(shù)值可以看出，在對輪上配重后平衡效果未達(dá)到最佳值，臨界轉(zhuǎn)速下7X振動(dòng)數(shù)值雖有下降，但工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)數(shù)值依然偏高。

分析認(rèn)為對輪上加重質(zhì)量受到限制，且配重的形式為跨外配重，對于型號(hào)為JL-1434-4的勵(lì)磁機(jī)，對跨外配重的振動(dòng)響應(yīng)不明顯，如需取得良好的平衡效果，應(yīng)在轉(zhuǎn)子的跨內(nèi)加重。

保留對輪上已有配重，在勵(lì)磁機(jī)7瓦側(cè)風(fēng)扇環(huán)配重340 g∠200°。轉(zhuǎn)子跨內(nèi)配重后，再次啟動(dòng)機(jī)組，勵(lì)磁機(jī)相關(guān)各軸瓦通過臨界轉(zhuǎn)速與定速3000 r/min振動(dòng)數(shù)值見表7、表8。

表7 風(fēng)扇環(huán)加重后勵(lì)磁機(jī)2300 r/min振動(dòng)數(shù)值

表8 風(fēng)扇環(huán)加重后勵(lì)磁機(jī)3000 r/min振動(dòng)數(shù)值

勵(lì)磁機(jī)風(fēng)扇環(huán)加重后，7X啟動(dòng)過程波德圖見圖4。

圖4 風(fēng)扇環(huán)配重后7X振動(dòng)的波德圖

3.3 處理結(jié)果

通過在勵(lì)磁機(jī)風(fēng)扇環(huán)上配重，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子平衡良好，順利通過臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子定速3000 r/min后，勵(lì)磁機(jī)相關(guān)各軸瓦振動(dòng)數(shù)值均達(dá)到優(yōu)秀水平。

3.4 加重形式對勵(lì)磁機(jī)影響對比

本次勵(lì)磁機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡試驗(yàn)分別在勵(lì)磁機(jī)與發(fā)電機(jī)對輪處、勵(lì)磁機(jī)7瓦側(cè)風(fēng)扇環(huán)處進(jìn)行配重，可以看出在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子跨內(nèi)與跨外配重效果存在一定的差異，表9為2次配重對7X影響系數(shù)的對比。由表9中可以看出，轉(zhuǎn)子對跨內(nèi)配重的響應(yīng)顯著大于跨外，在進(jìn)行類似振型的平衡時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇跨內(nèi)加重。

表9 2次配重對7X振動(dòng)影響系數(shù)的對比

4 結(jié)論

a.該勵(lì)磁機(jī)7瓦振動(dòng)數(shù)值偏高的原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡，質(zhì)量不平衡的振動(dòng)特征為1倍頻振動(dòng)分量較大，且振動(dòng)穩(wěn)定。

b.采用現(xiàn)場動(dòng)平衡試驗(yàn)可較好地解決質(zhì)量不平衡故障。因檢修條件限制，對輪晃度超標(biāo)不嚴(yán)重情況下，可通過現(xiàn)場動(dòng)平衡解決振動(dòng)故障。

c.對于勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子跨內(nèi)加重的響應(yīng)效果要優(yōu)于跨外，現(xiàn)場動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇在轉(zhuǎn)子跨內(nèi)進(jìn)行配重。