某1000 MW機組勵磁機振動故障分析與處理

李 勇

（大唐中南電力試驗研究院，河南鄭州 45000）

0 引言

采用大容量、高參數(shù)的設(shè)備是降低火力發(fā)電機組煤耗、提高經(jīng)濟性最有效的措施。上海電氣集團引進德國西門子公司技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界汽輪發(fā)電機組，在熱力性能、可靠性、快速啟動等諸多方面具有顯著的優(yōu)點，在國內(nèi)占據(jù)較多的市場份額[1]。但是在實際運行中出現(xiàn)一些典型的振動故障，如高壓轉(zhuǎn)子振動波動、發(fā)電機振動波動、勵磁機轉(zhuǎn)子振動大等[2-6]。

針對上汽1000 MW 超超臨界機組勵磁機轉(zhuǎn)子振動故障，對振動數(shù)據(jù)進行分析，提取振動故障特征，診斷振動故障原因，解決該設(shè)備振動故障。

1 勵磁機振動概況

1.1 軸系結(jié)構(gòu)概況

機組軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、2 根低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、勵磁機轉(zhuǎn)子及8 個支撐軸承組成，各轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器連接，軸系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 機組軸系

1—5號軸承支承汽輪機轉(zhuǎn)子，均為橢圓瓦軸承，分別座落于落地式軸承座內(nèi)。發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子為3 支撐結(jié)構(gòu)，6、7號軸承支撐發(fā)電機轉(zhuǎn)子，為端蓋軸承，8號軸撐支承勵磁機軸承，為落地軸承。

1.2 振動監(jiān)測系統(tǒng)

機組配備在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，每個軸承分別配置2 個渦流傳感器和2 個速度傳感器。2 個渦流傳感器分別位于軸承座中分面左、右45°，測量X 向和Y 向軸相對振動幅值；2 個速度傳感器位于軸承座中分面左側(cè)45°，測量軸承座振動烈度。

DCS 系統(tǒng)中顯示每個軸承復(fù)合軸振幅值及2 個軸承座振動烈度，其中復(fù)合軸振幅值的計算公式為：

式中 A——復(fù)合軸振幅值，μm

x——X 向軸相對振動幅值，μm

y——Y 向軸相對振動幅值，μm

現(xiàn)場同時可架設(shè)離線振動監(jiān)測分析儀，監(jiān)測各振動傳感器的信號，并通過計算得到以下動態(tài)數(shù)據(jù)：通頻振動幅值、選頻振動幅值、間隙電壓、頻譜圖、趨勢圖等。

1.3 振動情況

機組自投入商業(yè)運行以來，帶負荷運行期間，8號軸承振動大且存在波動，復(fù)合軸振幅值在80～130 μm 間波動，振動幅值超過報警值（83 μm）。機組帶負荷期間，8號軸承振動及軸承溫度趨勢如圖2 所示。

圖2 8號軸承振動趨勢

2 故障原因分析

8號軸承振動以基頻為主，且存在波動，認為振動屬于不穩(wěn)定的普通強迫振動。引起該振動故障的原因包括軸承座動剛度變化和激振力變化[7]。8號軸承Y 軸相對振動趨勢如圖3 所示。

圖3 8號軸承Y 軸相對振動趨勢

現(xiàn)場對8號軸承各部件的振動分別進行測量，結(jié)果表明：各連接部件間的差別振動較小，可排除連接剛度對振動的影響。

查看機組振動數(shù)據(jù)，帶負荷期間8號軸承軸相對振動與軸承振動的比值均大于5，可排除支撐系統(tǒng)共振對振動的影響。

引起不穩(wěn)定普通強迫振動的激振力有：軸系連接同心度和平直度變化、不對稱電磁力以及轉(zhuǎn)子不平衡力。

8號軸承振動與機組負荷無明顯相關(guān)性，故可以排除由于不對稱電磁力激起的振動波動。8號軸承振動與負荷趨勢如圖4所示。

圖4 振動與負荷趨勢

8號軸承振動隨時間變化，其振動幅值和相位存在周期性變化，認為勵磁機轉(zhuǎn)子存在旋轉(zhuǎn)性不平衡。其原因包括：①轉(zhuǎn)子存在明顯的旋轉(zhuǎn)性熱彎曲；②轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)高。

7號軸承與8號軸承振動趨勢一致，同樣存在振動波動，不能排除軸系連接同心度和平直度變化的可能性。7、8號軸承振動趨勢如圖5 所示。

圖5 7、8號軸承振動趨勢

綜上所述，引起8號軸承振動大且波動的原因可能有：

（1）勵磁機轉(zhuǎn)子與靜止部件摩擦產(chǎn)生熱彎曲。

（2）該機組發(fā)電機與勵磁機為三支撐結(jié)構(gòu)，勵磁機轉(zhuǎn)子相對較輕，呈細長結(jié)構(gòu)，不平衡響應(yīng)較高。

（3）發(fā)電機與勵磁機聯(lián)軸器同心度和平直度惡化。

3 故障處理

3.1 檢修期間檢查及處理

機組停運后，對8號軸承及勵磁機-發(fā)電機聯(lián)軸器進行檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）8號軸承上半烏金存在磨損（圖6）。

圖6 軸承上半烏金磨損情況

（2）8號軸承前后擋油環(huán)存在磨損痕跡（圖7）。

圖7 軸承擋油環(huán)磨損情況

（3）發(fā)電機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器最大跳動值為0.01 mm，符合設(shè)計要求（不大于0.04 mm），實測值見表1，勵磁機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器最大跳動值為0.03 mm，符合設(shè)計要求（不大于0.04 mm），實測值見表2，聯(lián)軸器同心度最大偏差0.02 mm，符合設(shè)計要求（不大于0.02 mm），實測值見表3，聯(lián)軸器下張口0.041 mm，低于設(shè)計值（0.10～0.12 mm），聯(lián)軸器中心數(shù)據(jù)見表4。

表1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器跳動值 mm

表2 勵磁機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器跳動值 mm

表3 聯(lián)軸器同心度實測值 mm

表4 聯(lián)軸器中心數(shù)據(jù) mm

現(xiàn)場對8號軸承烏金表面進行修刮；更換8號軸前、后浮動擋油環(huán)；調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)子-勵磁機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器中心下張口，發(fā)電機轉(zhuǎn)子-勵磁機轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器中心數(shù)據(jù)見表5。

表5 聯(lián)軸器中心修后數(shù)據(jù) mm

3.2 現(xiàn)場動平衡試驗

檢修結(jié)束后機組啟動，8號軸承振動趨勢如圖8 所示。

由圖8 可知，8號軸承振動幅值有所下降，但仍偏大，且存在一定波動。8號軸承溫度由修前69.6 ℃升至76 ℃。分析認為8號軸承仍存在承載較輕的問題。解決這種問題，除增加軸承承載以提高剛度外，還可以從降低激振力入手[8-11]。

圖8 檢修后8號軸承振動趨勢

對勵磁機風(fēng)扇葉輪加重395 g，加重前后，機組帶負荷期間，8號軸承振動情況見表6。

表6 加重前后8號軸承振動幅值 μm

4 結(jié)語

（1）機組運行過程中，勵磁機振動大且波動的主要原因為動靜部件碰磨和聯(lián)軸器中心存在偏差。

（2）通過調(diào)整聯(lián)軸器中心和勵磁機轉(zhuǎn)子動平衡試驗，勵磁機軸承振動達到優(yōu)良水平。

（3）對于三支撐結(jié)構(gòu)的發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子，聯(lián)軸器中心調(diào)整可參考軸承金屬溫度情況適當(dāng)增加下張口值，提高勵磁機軸承負載。