國(guó)產(chǎn)660MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)分析及處理

李志勇 石曉玲 韓彥杰 熊輝 趙慶東

摘 要：針對(duì)某電廠國(guó)產(chǎn)660MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)存在的#3軸承振動(dòng)大問(wèn)題進(jìn)行了分析，分析認(rèn)為造成#3軸承振動(dòng)大的原因是低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡和軸承室內(nèi)高強(qiáng)磁條距振動(dòng)探頭直線(xiàn)距離過(guò)近。根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡和高強(qiáng)磁條移位的處理，汽輪機(jī)軸系振動(dòng)明顯下降，為同類(lèi)型機(jī)組類(lèi)似故障的處理提供參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；軸承振動(dòng)；動(dòng)平衡

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）22-0138-03

隨著我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展，推廣節(jié)能減排政策以及對(duì)電力系統(tǒng)減少能耗的認(rèn)知，大容量、高參數(shù)的機(jī)組已經(jīng)逐漸替代高污染的小型機(jī)組。當(dāng)前，600MW及以上大容量機(jī)組已成為我國(guó)火力發(fā)電的主力機(jī)型，這些大型機(jī)組的設(shè)計(jì)制造技術(shù)多是以引進(jìn)為基礎(chǔ)，由于存在對(duì)外方技術(shù)的消化吸收、國(guó)內(nèi)外相應(yīng)運(yùn)行工況和設(shè)計(jì)制造技術(shù)等差異，使得目前該型機(jī)組投運(yùn)后普遍出現(xiàn)軸系振動(dòng)缺陷[1]。

1 機(jī)組概況及振動(dòng)情況簡(jiǎn)介

某電廠的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為東方電氣集團(tuán)公司生產(chǎn)制造的660MW超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組，型號(hào)為N660-25/600/600，一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。該汽輪發(fā)電機(jī)組共有四根轉(zhuǎn)子，每根轉(zhuǎn)子支撐在各自的兩個(gè)軸承上，四根轉(zhuǎn)子之間均由剛性聯(lián)軸器連接，轉(zhuǎn)子的軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)，汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見(jiàn)故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟汽輪機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都有可能是造成機(jī)組振動(dòng)的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)等等。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要。

某電廠#1機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，汽輪機(jī)組的軸承振動(dòng)一直較大，為了深入分析影響#1機(jī)組汽輪機(jī)軸承振動(dòng)值主要因素，并采取有效措施消除或降低軸承振動(dòng)偏大的現(xiàn)象，我們對(duì)#1機(jī)組2015年12月份近一個(gè)月的#1—8軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中我們可以看出超過(guò)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)76um的主要為#3X、#3Y和#4Y軸振，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，我們從中發(fā)現(xiàn)#3Y軸振超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的次數(shù)占所有超限軸振次數(shù)的57.4%，如圖4所示。因此，可以初步認(rèn)定#3Y軸振是引起#1汽輪機(jī)組軸承振動(dòng)大的一個(gè)主要原因。

2 軸承振動(dòng)原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的故障，造成轉(zhuǎn)子不平衡的具體原因很多，按發(fā)生不平衡的過(guò)程可分為原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡等幾種情況。原始不平衡是由于轉(zhuǎn)子制造誤差、裝配誤差以及材質(zhì)不均勻等原因造成的，如出廠時(shí)動(dòng)平衡沒(méi)有達(dá)到平衡精度要求，在投用之初，便會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。漸發(fā)性不平衡是由于轉(zhuǎn)子上不均勻結(jié)垢，介質(zhì)中粉塵的不均勻沉積，介質(zhì)中顆粒對(duì)葉片及葉輪的不均勻磨損以及工作介質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)子的磨蝕等因素造成的。

不同工況下低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子的振動(dòng)實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1；3Y振動(dòng)的趨勢(shì)如圖5所示；3Y測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的頻譜如圖6所示。

從上述數(shù)據(jù)中可以看出，#3Y軸承振動(dòng)隨負(fù)荷變化不大，通頻幅值大概在80-100um之間上下波動(dòng)，基頻幅值在63-70um且相位總體保持穩(wěn)定。從上述#3軸承振動(dòng)特征來(lái)看，基頻振動(dòng)成份偏大說(shuō)明低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子存在一定殘余質(zhì)量不平衡[2]。

2.2 測(cè)點(diǎn)附近存在強(qiáng)磁源

汽輪機(jī)軸承振動(dòng)目前主要采用渦流傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量原理是通過(guò)在感應(yīng)線(xiàn)圈上通高頻電流，在線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，進(jìn)而在金屬被測(cè)表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流，如圖7所示。當(dāng)振動(dòng)測(cè)量探頭周?chē)嬖谄渌旁磿r(shí)，會(huì)對(duì)線(xiàn)圈的高頻磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果。

某廠#1機(jī)組利用停機(jī)檢修機(jī)會(huì)打開(kāi)#3軸承室，對(duì)軸承室內(nèi)振動(dòng)探頭附近區(qū)域磁源進(jìn)行檢查，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)量發(fā)現(xiàn)#3軸承室內(nèi)高強(qiáng)磁條距振動(dòng)探頭直線(xiàn)距離僅0.2m，距離過(guò)近，產(chǎn)生的磁通量越強(qiáng)進(jìn)而對(duì)該點(diǎn)振動(dòng)的測(cè)量產(chǎn)生較大的影響[3]。

3 針對(duì)造成#3軸承振動(dòng)的原因所采取的措施

3.1 增加動(dòng)平衡塊

根據(jù)#1汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)方案對(duì)低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，可以利用其兩側(cè)平衡槽加重，具體試加重方案為：以前箱內(nèi)用作鍵相信號(hào)的鍵槽為零點(diǎn)，3瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)向34°加重300克；4瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)向214°加重300克。平衡塊所安裝角度的確定如圖8所示，平衡塊安裝位置如圖9所示。

平衡塊裝配結(jié)束后，隨即對(duì)機(jī)組進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，并對(duì)#1汽輪機(jī)組從盤(pán)車(chē)到1500r/min，再到定速3000r/min整個(gè)過(guò)程中的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了收集分析，機(jī)組按照正常啟動(dòng)方式啟動(dòng)（控制主再汽溫不超過(guò)400℃），達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后持續(xù)運(yùn)行約30分鐘測(cè)試數(shù)據(jù)（對(duì)整個(gè)開(kāi)機(jī)過(guò)程振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試、分析）。圖10為#1汽輪機(jī)組盤(pán)車(chē)狀態(tài)下各軸承的振動(dòng)情況，圖11為#1汽輪機(jī)組在1500r/min時(shí)各軸承的振動(dòng)情況，圖12為#1汽輪機(jī)組在3000r/min時(shí)各軸承的振動(dòng)情況。

在#1機(jī)組汽輪機(jī)定速帶負(fù)荷后，#3軸承振動(dòng)值為52um，72um，#3軸承振動(dòng)值較安裝平衡塊前有明顯降低。

3.2 移除干擾源

移動(dòng)強(qiáng)磁條使其遠(yuǎn)離振動(dòng)測(cè)量探頭。2016年11月15日在機(jī)組停機(jī)臨修過(guò)程中，在停運(yùn)汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)裝置后，打開(kāi)#3軸承的軸承蓋，將軸承箱底部放置的一根強(qiáng)磁條（用于吸附潤(rùn)滑油中金屬顆粒，凈化潤(rùn)滑油油質(zhì)），移動(dòng)強(qiáng)磁條使其與3Y軸承振動(dòng)測(cè)點(diǎn)直線(xiàn)距離達(dá)到0.5m以上。

對(duì)低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子增裝平衡塊并移動(dòng)#3軸承處的強(qiáng)磁條之后，1號(hào)機(jī)組于2016年12月2日9：34沖轉(zhuǎn)，并于當(dāng)日16：35并網(wǎng)，同時(shí)我們也對(duì)機(jī)組從沖轉(zhuǎn)到帶負(fù)荷550MW期間的振動(dòng)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)梳理和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。圖13為550MW時(shí)1號(hào)機(jī)組各軸承測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況，圖14為#1汽輪機(jī)組從3000r/min定速到機(jī)組負(fù)荷升至550MW過(guò)程中#3、4軸承各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)趨勢(shì)圖。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某廠660MW的1號(hào)汽輪機(jī)軸系振動(dòng)異常較大的分析，判斷該機(jī)組為基頻振動(dòng)，發(fā)生部位為低壓Ⅰ號(hào)轉(zhuǎn)子上，并利用機(jī)組停機(jī)檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行了處理。通過(guò)在低壓Ⅰ號(hào)轉(zhuǎn)子上增加平衡塊，從而降低了#3軸承的振動(dòng)并控制在標(biāo)準(zhǔn)值以?xún)?nèi)。同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)#3軸承處的強(qiáng)磁條，增大強(qiáng)磁條與電渦流測(cè)量原件的距離，也起到了降低#3軸承振動(dòng)的作用。

參考文獻(xiàn)

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