200 MW機(jī)組低發(fā)對(duì)輪中心變化對(duì)振動(dòng)影響分析及處理

張曉麗，孫振波，陳懷勝，花雪生

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

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200 MW機(jī)組低發(fā)對(duì)輪中心變化對(duì)振動(dòng)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(yáng)金山能源股份有限公司金山熱電分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110101；2.沈陽(yáng)華潤(rùn)熱電有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

200 MW機(jī)組檢修前振動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)速在2 000 r/min時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子5、6瓦振動(dòng)大，機(jī)組跳機(jī)。排除低發(fā)對(duì)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(guò)3次動(dòng)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(duì)輪中心變化對(duì)振動(dòng)影響顯著，其檢修工藝對(duì)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(dòng)；動(dòng)平衡

某電廠3號(hào)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(hào)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(dòng)處于良好狀態(tài)，檢修后啟動(dòng)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(dòng)大，5瓦垂直振動(dòng)為82 μm，機(jī)組跳機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)法達(dá)到二階臨界轉(zhuǎn)速。在排除低發(fā)對(duì)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(guò)3次動(dòng)平衡后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)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(duì)各部分進(jìn)行吹灰、擦拭、清理和檢查，對(duì)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(guò)熱，其余部分正常，轉(zhuǎn)子上只對(duì)兩側(cè)風(fēng)扇葉進(jìn)行了拆裝，其余部分沒(méi)有處理。

1.2 低發(fā)對(duì)輪中心

檢修前后低發(fā)對(duì)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(duì)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(jiàn)表1)。

表1 檢修前、后低發(fā)對(duì)輪中心 mm

1.3 低發(fā)對(duì)輪組合晃度及同心度

低發(fā)對(duì)輪低壓側(cè)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)輪組合晃度及同心度修后超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求的30 μm(見(jiàn)表2)。

表2 低發(fā)對(duì)輪組合晃度及同心度 μm

1.4 低發(fā)對(duì)輪連接

低發(fā)對(duì)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(duì)螺杠進(jìn)行拉長(zhǎng)，但需控制螺杠伸長(zhǎng)量，目的是裝配時(shí)實(shí)現(xiàn)螺栓、錐形套和對(duì)輪三者無(wú)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(duì)輪三者分離。在低發(fā)對(duì)輪螺栓檢修拆裝時(shí)，沒(méi)有使用專業(yè)工具，由于運(yùn)行時(shí)機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)，后來(lái)用專業(yè)工具重新進(jìn)行了裝配。

2 振動(dòng)情況

2000年9月26日，機(jī)組進(jìn)行大修后首次啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速升至2 000 r/min時(shí)，5瓦垂直振動(dòng)達(dá)到82 μm，機(jī)組跳機(jī)(振動(dòng)保護(hù)為單瓦達(dá)到80 μm機(jī)組跳機(jī))，而后對(duì)5瓦振動(dòng)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(dòng)，結(jié)果和首次同樣，5瓦振動(dòng)大發(fā)生跳機(jī)，轉(zhuǎn)速未能通過(guò)2 200 r/min。機(jī)組振動(dòng)具有以下特征。

a.2次啟動(dòng)振動(dòng)具有很好的重復(fù)性，5、6瓦振動(dòng)以工頻為主，振動(dòng)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(dòng)，6瓦Y向軸振與6瓦振動(dòng)接近。

d.5瓦的頂軸油壓表讀數(shù)與修前相比波動(dòng)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(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)扇進(jìn)行了拆裝，如果回裝錯(cuò)位，有可能產(chǎn)生質(zhì)量不平衡，因此，揭開(kāi)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(guò)確認(rèn)可知安裝正常。

3.2 復(fù)查低發(fā)對(duì)輪連接

低發(fā)對(duì)輪螺栓連接緊力差別大，隨轉(zhuǎn)速升高，振動(dòng)加強(qiáng)，為此復(fù)查低發(fā)對(duì)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(méi)有按照工藝要求施工，為此請(qǐng)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(duì)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(duì)輪晃度

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

4 第2階段消振

該廠共有3臺(tái)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(hào)機(jī)組在檢修，2號(hào)機(jī)組鍋爐水冷壁泄漏，所以3號(hào)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(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)沒(méi)有多大改觀，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5瓦振動(dòng)達(dá)95.9 μm(見(jiàn)表3)，手動(dòng)打閘停機(jī)，振動(dòng)保護(hù)調(diào)整到100 μm，升速時(shí)5、6瓦振動(dòng)波德圖見(jiàn)圖1。

表3 第1階段消振后啟動(dòng)振動(dòng)數(shù)據(jù)

圖1 5、6瓦振動(dòng)波德圖

4.1 振動(dòng)原因分析[1]

機(jī)組修前振動(dòng)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(dòng)大，打閘停機(jī)。振動(dòng)屬于穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)，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(duì)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(dòng)。

a.對(duì)轉(zhuǎn)子振型影響

低發(fā)對(duì)輪高差的變化對(duì)軸瓦載荷、轉(zhuǎn)子支撐狀態(tài)都有影響，可改變軸瓦振動(dòng)模態(tài)特性，使轉(zhuǎn)子振型發(fā)生變化。大修前后低發(fā)對(duì)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(dòng)。

b.對(duì)轉(zhuǎn)子激振力影響

低發(fā)對(duì)輪同心度及組合晃度在修后比修前大，會(huì)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(dòng)，通常振動(dòng)頻譜以1X、2X為主，也可能產(chǎn)生更高頻率的振動(dòng)諧波分量。平衡前轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5Y、6Y軸振動(dòng)諧波分量豐富，2X振動(dòng)分量大于1X(見(jiàn)圖2)，平衡后轉(zhuǎn)速為2 220 r/min時(shí)，5Y、6Y軸振動(dòng)以1X為主，其余軸振動(dòng)沒(méi)有諧波分量(見(jiàn)圖3)。

圖2 平衡前5Y、6Y軸振動(dòng)頻譜圖

圖3 平衡后5Y、6Y軸振動(dòng)頻譜圖

c.對(duì)X、Y方向軸振動(dòng)影響

低發(fā)對(duì)輪圓心差的改變不僅改變了動(dòng)靜間隙，也會(huì)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(dòng)出現(xiàn)偏差，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子徑向剛度不對(duì)稱，也可使X、Y軸振動(dòng)出現(xiàn)偏差。由于修前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子X(jué)、Y方向軸振動(dòng)沒(méi)有較大偏差，修后出現(xiàn)的較大軸振動(dòng)偏差與低發(fā)對(duì)輪圓心差變化較大有關(guān)，啟動(dòng)過(guò)程中，平衡前5瓦軸心位置極不穩(wěn)定(見(jiàn)圖4)，平衡后軸心位置相對(duì)穩(wěn)定(見(jiàn)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(duì)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(duì)輪連接后會(huì)使5瓦載荷減小，6瓦載荷加重。低發(fā)對(duì)輪端面下張口修后比修前略有減小，對(duì)輪連接后對(duì)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(huì)使5瓦載荷減小，使軸系剛度發(fā)生改變，修后的5瓦振動(dòng)大于5瓦Y向軸振及油膜壓力波動(dòng)大的原因是5瓦載荷較輕，6瓦Y向軸振與6瓦振動(dòng)接近的原因是6瓦載荷較重。

4.2 平衡過(guò)程

a.2 200 r/min時(shí)動(dòng)平衡[2]

依據(jù)2 220 r/min時(shí)的振動(dòng)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(duì)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(dòng)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)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(jiàn)表4)。

表4 第1次動(dòng)平衡后啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)

b.3 000 r/min時(shí)動(dòng)平衡[3]

依據(jù)試加重后的2 220 r/min時(shí)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階及工作轉(zhuǎn)速的振動(dòng)都有明顯改善，第2次動(dòng)平衡后啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 第2次動(dòng)平衡后啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)

c.帶負(fù)荷時(shí)動(dòng)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(dòng)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(dòng)良好，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)二階時(shí)5、6瓦振動(dòng)都在20 μm以內(nèi)，并網(wǎng)前5、6瓦振動(dòng)都在25 μm以內(nèi)，帶負(fù)荷后5瓦振動(dòng)穩(wěn)定，隨發(fā)電機(jī)無(wú)功增加，6瓦振動(dòng)增大，最后穩(wěn)定在45 μm(見(jiàn)表6)。

表6 第3次動(dòng)平衡后啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

低發(fā)對(duì)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(duì)輪同心度存在高差，會(huì)使轉(zhuǎn)子承受額外的激振力，這些都會(huì)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)。實(shí)例證明，對(duì)于修前振動(dòng)良好的機(jī)組，若低發(fā)對(duì)輪高差沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)值，應(yīng)根據(jù)振動(dòng)情況，逐步調(diào)整到設(shè)計(jì)值。對(duì)輪連接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制圓差和面差，對(duì)于超差的對(duì)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(duì)輪同心度，使之重新達(dá)到動(dòng)平衡。

[1] 鐘一諤,何衍宗,王 正.轉(zhuǎn)子動(dòng)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(chǎng)動(dòng)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(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)[M].北京：國(guó)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(guò)臨界振動(dòng)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)