密封油溫度低導(dǎo)致發(fā)電機(jī)振動(dòng)偏大問(wèn)題分析與處理

錢(qián)林鋒，蔡文方，楊典兵

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；

2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

密封油溫度低導(dǎo)致發(fā)電機(jī)振動(dòng)偏大問(wèn)題分析與處理

錢(qián)林鋒1，蔡文方2，楊典兵1

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；

2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

某發(fā)電廠1臺(tái)1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)試過(guò)程中，首次沖轉(zhuǎn)3000r/min及帶負(fù)荷過(guò)程時(shí)，發(fā)電機(jī)振動(dòng)偏大且波動(dòng)不穩(wěn)，在甩50%負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)組惰走過(guò)程中，發(fā)電機(jī)前軸承端蓋處摩擦出現(xiàn)黑煙?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)故障現(xiàn)象，立足調(diào)試參數(shù)，排除了軸瓦損傷的可能，避免了停機(jī)檢查。同時(shí)認(rèn)定了該故障為發(fā)電機(jī)外油檔碰磨所致，設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致密封油溫低是引起該故障的根本原因。

發(fā)電機(jī)振動(dòng)；調(diào)試；碰磨；密封油

隨著百萬(wàn)機(jī)組不斷建成投產(chǎn)，新建機(jī)組的設(shè)計(jì)制造水平日益提高，對(duì)調(diào)試工作的要求也越來(lái)越高。妥善處理調(diào)試中所暴露的機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等問(wèn)題，將為機(jī)組商業(yè)運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為機(jī)組日后的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供參考[1]，其中振動(dòng)問(wèn)題的解決是機(jī)組順利通過(guò)168試運(yùn)行的必要保證。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某廠2號(hào)發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司和德國(guó)SIEMENS公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的N1050-27/600/600型1 050 MW超超臨界、一次中間再熱式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠⒎磩?dòng)凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)選用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的THDF 125/67型水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)，機(jī)組軸系布置如圖1所示。

圖1 機(jī)組軸系布置

發(fā)電機(jī)密封瓦的密封油來(lái)自主機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，由密封油泵（主密封油泵或事故密封油泵）將真空油箱中的油經(jīng)冷油器、濾油器、差壓調(diào)節(jié)閥后供至各個(gè)密封瓦。密封油進(jìn)入密封環(huán)后，經(jīng)密封環(huán)與發(fā)電機(jī)軸之間的密封間隙，沿軸向從密封環(huán)兩側(cè)流出，即分為氫側(cè)回油和空側(cè)回油，并在該密封間隙處形成密封油流，既有密封作用又潤(rùn)滑并冷卻了密封環(huán)。

該型機(jī)組采用雙流環(huán)式密封系統(tǒng)，為目前較為普遍采用的形式，密封瓦電瓦座、瓦環(huán)、進(jìn)油口、空側(cè)和氫側(cè)的壓力油腔組成[4]。在正常情況下，密封瓦左右端面所受的力應(yīng)是平衡的，這樣其浮動(dòng)性能最佳。但實(shí)際運(yùn)行中由于管道布置不同，管道長(zhǎng)度不同造成流體阻力不同，壓降不等，平衡閥、壓差閥質(zhì)量不好，油質(zhì)不合格造成平衡閥、壓差閥卡澀，密封瓦間隙偏大等原因均會(huì)造成平衡閥調(diào)節(jié)精度下降，使得密封瓦左右端面所受的作用力不相等，這就存在軸向力的作用，使得密封瓦的浮動(dòng)性能變差，容易與轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向碰磨。

對(duì)密封瓦左右端面上進(jìn)行受力分析，在密封油壓作用下，密封環(huán)上存在著一個(gè)軸向力：

當(dāng)密封瓦與轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向碰摩時(shí)，密封環(huán)所受的摩擦力為：

式中：μ為密封瓦與密封座之間的靜摩擦系數(shù)[3]。影響徑向摩擦力N大小的主要因素有摩擦系數(shù)μ和軸向推力。影響μ的主要因素有空氣側(cè)密封油的溫度和流動(dòng)阻力，可見(jiàn)油溫越低，流動(dòng)阻力越大，μ就越大，則摩擦力越大，密封瓦的浮動(dòng)性能越差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成密封瓦的卡澀失靈。

2 振動(dòng)特征

2號(hào)機(jī)組于2015年10月26日23∶35首次沖轉(zhuǎn)，在帶負(fù)荷期間發(fā)電機(jī)軸振最大至158 μm，停機(jī)消缺期間在低壓缸和發(fā)電機(jī)靠背輪處加重1 000 g平衡塊，加重后機(jī)組在定速3 000 r/min及滿(mǎn)負(fù)荷工況時(shí)，軸系振動(dòng)得到較為有效的控制（見(jiàn)表1）。

表1 動(dòng)平衡后軸振峰值μm

機(jī)組于11月12日17∶03做甩50%負(fù)荷試驗(yàn)，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到3 075 r/min，7號(hào)瓦振動(dòng)爬升了22 μm，軸向位移：甩負(fù)荷前0.012/0.017/0.012 mm，穩(wěn)定后-0.016/-0.020/-0.027 mm。在之后的機(jī)組停機(jī)惰走過(guò)程中，發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)外油擋處出現(xiàn)2次冒黑煙現(xiàn)象，每次持續(xù)時(shí)間僅1 s左右。查看相關(guān)數(shù)據(jù)：6號(hào)瓦瓦溫為54℃，回油溫度為47℃，主機(jī)油箱負(fù)壓為-0.51kPa，密封油溫為29℃，且惰走過(guò)程中，這些數(shù)據(jù)都平緩下降，未出現(xiàn)突變現(xiàn)象，如圖2所示。就地通過(guò)聽(tīng)棒對(duì)機(jī)組各瓦進(jìn)行摩擦檢查，無(wú)異音。

圖2 機(jī)組惰走過(guò)程各參數(shù)變化趨勢(shì)

在機(jī)組惰走至盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)持紅外測(cè)溫儀對(duì)出現(xiàn)黑煙的部位進(jìn)行紅外成像，結(jié)果顯示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸與外油擋結(jié)合面處有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，6號(hào)瓦外油擋軸頸處比7號(hào)瓦相同位置高出16℃，同時(shí)對(duì)比另外一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組500 MW負(fù)荷工況下相同位置處的溫度，此處溫度也要高出8～10℃，如表2所示。

表21 號(hào)、2號(hào)機(jī)組6號(hào)、7號(hào)瓦軸頸溫度對(duì)比

3 故障診斷

出現(xiàn)黑煙及軸頸溫度爬升，通常是高速摩擦所致。于是查看此處結(jié)構(gòu)圖紙，發(fā)現(xiàn)外擋油環(huán)與6號(hào)軸瓦有一段距離，若黑煙是由6號(hào)軸瓦燒損所致，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)空間再?gòu)耐鈸跤铜h(huán)處噴出，則燒損情況勢(shì)必嚴(yán)重，軸瓦溫度和回油溫度必然會(huì)出現(xiàn)明顯的上升。而實(shí)際上在機(jī)組整個(gè)惰走過(guò)程中軸瓦溫度、回油溫度均正常，據(jù)此可排除軸瓦出現(xiàn)明顯損傷的可能。

發(fā)電機(jī)6號(hào)、7號(hào)瓦在第一次定速3 000 r/min和帶負(fù)荷過(guò)程中曾發(fā)生軸振較大情況，為此做過(guò)一次動(dòng)平衡加重，有效降低了3 000 r/min時(shí)的振動(dòng)，機(jī)組原始不平衡質(zhì)量已較低。但3 000 r/min穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)爬升，并網(wǎng)瞬間振動(dòng)有明顯下降趨勢(shì)，而在帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)一直存在波動(dòng)。變無(wú)功試驗(yàn)和變氫溫顯示振動(dòng)與無(wú)功和氫溫沒(méi)有直接聯(lián)系，基本排除發(fā)電機(jī)存在匝間短路或冷卻不均的故障。

據(jù)機(jī)組惰走時(shí)的振動(dòng)曲線顯示在995 r/min和650 r/min時(shí)有明顯尖峰值，分別達(dá)到140 μm和121 μm，如圖3所示，在時(shí)間上與出現(xiàn)黑煙的時(shí)刻相符。據(jù)此分析，認(rèn)為此次現(xiàn)象為發(fā)電機(jī)過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)較大，幅值超過(guò)了發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)外擋油環(huán)與轉(zhuǎn)子間的間隙，引起兩者之間的動(dòng)靜摩擦，冒出黑煙，在振動(dòng)迅速減小后，兩者脫開(kāi)，故現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)黑煙的時(shí)間很短，僅1 s左右。

圖3 機(jī)組惰走過(guò)程中6號(hào)X振動(dòng)bode圖

在機(jī)組帶負(fù)荷階段，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)密封油溫度嚴(yán)重偏低，只有29℃左右，很可能導(dǎo)致密封環(huán)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的碰磨。碰磨導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱彎曲，從而引起機(jī)組帶負(fù)荷階段振動(dòng)爬升且不穩(wěn)。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后熱彎曲量增加，使得機(jī)組停機(jī)過(guò)臨界時(shí)出現(xiàn)很高的共振峰，振動(dòng)峰峰值大于外擋油環(huán)與軸頸間的間隙，使得兩者出現(xiàn)擦碰，冒出黑煙。

4 分析處理

咨詢(xún)廠家，得到該處的材料為環(huán)氧玻璃纖維板，硬度低，較易磨損，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成傷害。經(jīng)各方協(xié)商得出結(jié)論：對(duì)此次現(xiàn)象暫不翻瓦處理，在啟停機(jī)的過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)視。在次日的甩100%負(fù)荷試驗(yàn)中，在過(guò)臨界時(shí)再次檢測(cè)到溫升，隨著擋油板的多次磨損，在之后的啟停機(jī)及機(jī)組運(yùn)行時(shí)，該現(xiàn)象逐漸消失，一直未對(duì)機(jī)組的運(yùn)行造成影響也未損傷設(shè)備。

通過(guò)就地檢查管道和查看歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)：密封油冷油器的冷卻水進(jìn)回水管徑較粗（Φ108 mm），同時(shí)閉式水溫度較低，進(jìn)入冷油器的冷卻水量太大，使得密封油溫嚴(yán)重偏低，僅30℃左右，而冷油器進(jìn)口調(diào)閥已經(jīng)關(guān)至最小，開(kāi)度僅1%～2%，已基本失去調(diào)節(jié)作用。密封油溫度也相應(yīng)地變化較大，引起冷卻水調(diào)閥大幅度變化，從而造成密封油溫度與調(diào)閥開(kāi)度之間的頻繁震蕩。期間，在某一穩(wěn)定負(fù)荷階段，對(duì)調(diào)節(jié)閥前后手動(dòng)閥和冷油器出口手動(dòng)閥進(jìn)行節(jié)流，強(qiáng)行將密封油溫提高至40℃左右，穩(wěn)定一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)前后振動(dòng)趨緩，驗(yàn)證了對(duì)故障的判斷。

由于采取前后手動(dòng)門(mén)節(jié)流來(lái)控制密封油溫，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確控制油溫，投自動(dòng)后油溫仍在30℃左右，問(wèn)題未得到根本解決，需在后期對(duì)管道進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，以徹底解決密封油溫低的缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

某發(fā)電廠機(jī)組建設(shè)調(diào)試過(guò)程中，主機(jī)甩50%負(fù)荷惰走時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)尖峰并在擋油板處出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，通過(guò)分析診斷，排除了機(jī)組燒瓦等嚴(yán)重故障的可能，鎖定為發(fā)電機(jī)外擋油板和轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，避免了停機(jī)翻瓦檢修。進(jìn)一步分析認(rèn)為發(fā)生碰磨的根本原因是發(fā)電機(jī)密封油冷油器進(jìn)出口管徑設(shè)計(jì)過(guò)粗，密封油溫度偏低所致。

建議廠家根據(jù)實(shí)際情況對(duì)管道作出適當(dāng)修改，以確保機(jī)組運(yùn)行時(shí)密封油溫在正常范圍內(nèi)。此缺陷處理措施在今后同類(lèi)型的機(jī)組及設(shè)備調(diào)試工作能有一定的借鑒。

[1]張寶，徐熙瑾.大型汽輪機(jī)組調(diào)試與典型問(wèn)題對(duì)策[J].浙江電力，2005，20（4）∶57-60.

[2]董華，宋文濤，陸巍，等.發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)運(yùn)行中的常見(jiàn)故障分析[J].機(jī)電設(shè)備，2013（4）∶160.

[3]李錄平，晉風(fēng)華，游立元，等.汽輪發(fā)電機(jī)組起動(dòng)過(guò)程振動(dòng)故障診斷與處理措施[J].熱力發(fā)電，2006（11）∶37-41.

[4]吳文健，童小忠，應(yīng)光耀，等，浙江省內(nèi)國(guó)產(chǎn)化600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)綜合處理[J].浙江電力，2010，29（10）∶28-31.

（本文編輯：徐晗）

Analysis and Treatment for Generator Vibration Caused by Low Temperature of Sealing Oil

QIAN Linfeng1，CAI Wenfang2，YANG Dianbing1
（1.Hangzhou Yineng Electric Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In commissioning of a 1 000 MW steam turbine generating unit in a power plant，generator vibration occurred and fluctuated during the initial rolling with rotation speed of 3 000 r/min and load on；in 50%load rejection test and unit idling，there was black smoke due to friction at the front bearing cover.According to the fault and based on the commissioning parameters，possibility of bearing shell damage was ruled out on site，and unit shutdown for inspection was avoided.Meanwhile，it was confirmed that the fault was caused by oil baffle plate rubbing.The root cause of this fault was the design defect that leads to low sealing oil temperature.

generator vibration；commissioning；rubbing；sealing oil

項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51275452）；國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0058-03

2016-11-21

錢(qián)林鋒（1981），男，助理工程師，主要從事大型火電機(jī)組生產(chǎn)調(diào)試工作。