600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸向振動(dòng)故障分析及處理措施

倪 軍

（國(guó)家電力投資集團(tuán)公司平圩發(fā)電公司，安徽淮南232089）

1 設(shè)備概述

某廠#4汽輪發(fā)電機(jī)組采用北重阿爾斯通（北京）電氣裝備有限公司生產(chǎn)的DKY4-4N41B型超臨界一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)，鍋爐為三井巴布科克公司生產(chǎn)的HG-1970/25.4-YM7型超臨界鍋爐，發(fā)電機(jī)為北重阿爾斯通電氣設(shè)備公司生產(chǎn)的50WT23E-138型三相同步汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)機(jī)組采用模塊化設(shè)計(jì)，包括1個(gè)反向單流的高壓模塊、1個(gè)分流的中壓模塊、2個(gè)分流的低壓模塊。高壓部分由16個(gè)壓力級(jí)組成，中壓部分為15個(gè)壓力級(jí)，低壓部分為2×2×6壓力級(jí)，低壓缸末級(jí)葉片長(zhǎng)度為1 075 mm。軸系支撐如圖1所示。

圖1 軸系支撐

2 故障現(xiàn)象

#4機(jī)組A類檢修后于2017年6月28日凌晨03：02開始啟動(dòng)，剛定速3 000 r/min時(shí)，#4機(jī)組#5和#6軸振均在50 μm以內(nèi)。機(jī)組并網(wǎng)后，#5和#6軸振基數(shù)隨負(fù)荷增加而爬升，直至額定負(fù)荷工況下的160 μm左右。相同負(fù)荷工況下，#5和#6軸振呈現(xiàn)周期為1 h左右的正弦波動(dòng)，其中#5、#6軸振相對(duì)明顯，在300 MW工況下，#5、#6軸振在60～90 μm區(qū)間波動(dòng)；500 MW工況下，#6軸振在90～130 μm區(qū)間波動(dòng)。當(dāng)周期性、正弦波動(dòng)消失時(shí)，#5和#6軸振會(huì)穩(wěn)定在振動(dòng)高位運(yùn)行。在振動(dòng)幅值大幅波動(dòng)的同時(shí)，#5和#6軸振相位基本穩(wěn)定。

3 故障原因分析

在機(jī)組運(yùn)行過程中，軸承座與臺(tái)板雖然是剛性連接，但軸承座垂直振動(dòng)的相位沿軸向變化了180°，這說明軸承座承受了一個(gè)軸向的傾翻力矩作用，而這有兩種可能：一是軸承座剛度在軸向方向上差別較大；二是轉(zhuǎn)子施加給軸承座一個(gè)較大的力偶作用，事實(shí)上#5和#6軸振就是呈現(xiàn)近似的反向振動(dòng)，比如5Y軸振24∠332°、6Y軸振63∠146°，會(huì)造成軸頸與軸承間相對(duì)彎曲。在這種情況下，軸承座承受軸向的傾翻力矩作用，會(huì)使軸承座的軸向振動(dòng)增大。此外，軸承端蓋對(duì)軸承緊力偏小、存在間隙，將致使轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中出現(xiàn)跳動(dòng)，從而引起振動(dòng)。而當(dāng)軸承端蓋對(duì)軸承緊力過大時(shí)，軸承在運(yùn)行中自位調(diào)整的能力喪失，使軸承座產(chǎn)生軸向振動(dòng)的可能性加大。

基于以上振動(dòng)特征及其原因分析，引起軸承座產(chǎn)生軸向振動(dòng)的原因有以下幾種可能：

（1）軸承座的剛度偏小。

（2）軸承端蓋對(duì)軸瓦緊力偏小、存在間隙，使軸承出現(xiàn)跳動(dòng)；或軸承端蓋對(duì)軸瓦緊力過大，軸承失去自位調(diào)整能力。

（3）轉(zhuǎn)子彎曲數(shù)據(jù)超標(biāo)。

3.1 軸承座剛度

在機(jī)組運(yùn)行中將#5、#6軸承座與臺(tái)板地腳連接螺栓按力矩緊固，以增加軸承座的連接剛度。緊固后#5、#6軸承振動(dòng)值都略有下降，但遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值。在#4機(jī)組A類檢修中，重點(diǎn)檢查了#5和#6軸承座的安裝，臺(tái)板與相角墊鐵之間接觸密實(shí)，0.05 mm塞尺不入，每個(gè)支撐腳與臺(tái)板接觸良好，保證其水平坐落在臺(tái)板上，確保每個(gè)軸承的4個(gè)支撐腳承載均勻。因此，軸承座的剛度并非造成軸向振動(dòng)大的主要原因。

3.2 軸承蓋緊力

經(jīng)實(shí)測(cè)，軸承蓋對(duì)軸承緊力為0.05 mm，未超標(biāo)；軸承側(cè)隙、頂隙，軸承前后間隙的均勻度符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。排除軸承蓋對(duì)軸承緊力偏小、存在間隙，使軸承出現(xiàn)跳動(dòng)；或軸承蓋緊力過大，致使軸承在運(yùn)行中失去自位調(diào)整的能力。

3.3 轉(zhuǎn)子彎曲數(shù)據(jù)超標(biāo)

在#4機(jī)組A類檢修中，測(cè)量轉(zhuǎn)子彎曲度，轉(zhuǎn)子彎曲度數(shù)據(jù)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲

檢修中發(fā)現(xiàn)#5、#6軸承均有磨損印痕，說明軸承座承受了一個(gè)軸向的傾翻力矩作用引起彎曲變形，導(dǎo)致軸承座軸向振動(dòng)變大。

引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲的常見原因有轉(zhuǎn)子材質(zhì)問題、冷卻系統(tǒng)故障、轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻和匝間短路。考慮到#4發(fā)電機(jī)振動(dòng)隨負(fù)荷增加而爬升是在機(jī)組大修后出現(xiàn)的，因此可以排除轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻問題。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱變形的主要因素分析如下：

（1）轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻、匝間短路或轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)子局部過熱使槽襯斷裂。

（2）冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對(duì)于氫氣內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)而言，通風(fēng)孔是轉(zhuǎn)子熱交換的主要風(fēng)路通道，如果通風(fēng)孔變形、雜物堵塞等引起通風(fēng)孔通流面積減小，將破壞冷卻的對(duì)稱性，使轉(zhuǎn)子橫截面出現(xiàn)溫度不對(duì)稱，引起熱彎曲。該故障的最大特點(diǎn)就是：隨著氫溫的升高，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻效果變差，但轉(zhuǎn)子不對(duì)稱冷卻程度就相對(duì)減小，最終使得振動(dòng)減小。

4 處理措施

針對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生熱變形的原因，專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，排除了轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻、匝間短路或轉(zhuǎn)子局部過熱引起的振動(dòng)故障，確定了轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)故障是轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生的原因，提出了針對(duì)性的處理方案：決定先用0.8～1.0 MPa壓縮空氣對(duì)轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔進(jìn)行吹掃。在吹掃過程中，風(fēng)孔中有碎屑形成的黏狀物被吹出，經(jīng)檢查確認(rèn)，是氫冷系統(tǒng)管道法蘭墊片被沖刷散落到風(fēng)道內(nèi)冷導(dǎo)線內(nèi)，造成汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中#5、#6軸瓦軸向振動(dòng)大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔堵塞，使轉(zhuǎn)子橫截面出現(xiàn)溫度不對(duì)稱，產(chǎn)生熱彎曲，轉(zhuǎn)子熱彎曲又造成軸承座的軸向振動(dòng)增大。通過上述處理后，#5、#6軸瓦的振動(dòng)位移由0.131 mm降至0.015 mm和0.016 mm，從而有效解決了機(jī)組軸向振動(dòng)過大的故障。

5 結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)現(xiàn)象是主機(jī)運(yùn)行中常見的主要故障之一，且產(chǎn)生原因復(fù)雜，只有正確地分析和判斷，找出問題所在，才能排除故障。

本文所述案例，針對(duì)#4汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)前后瓦軸向振動(dòng)大這一故障現(xiàn)象的特征，排除了軸承座剛度不足、軸瓦緊力過大（?。?、轉(zhuǎn)子彎曲變形等因素，找出了轉(zhuǎn)子熱變形是引起軸向振動(dòng)過大的原因所在，并據(jù)此采取了處理措施，保障了機(jī)組的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)同類型機(jī)組具有一定的借鑒意義。

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