淺析汽輪發(fā)電機組勵磁小軸振動分析與處理

李朋信

（華潤電力（唐山曹妃甸）有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

華潤電力（唐山曹妃甸）有限公司3#機組為上海汽輪機廠設(shè)計制造1000MW汽輪機組，汽輪機型號為N1050-28/600/620，型式為超超臨界、一次再熱、單軸、五缸六排汽、三背壓、凝汽式汽輪機，采用十一級回熱抽汽。發(fā)電機為上海發(fā)電機廠引進德國西門子公司生產(chǎn)的QFSN-1050-2型三相同步氫冷汽輪發(fā)電機。自3#機組調(diào)試期開始勵磁小軸9#瓦的軸振在機組沖轉(zhuǎn)及定速3000r/min時均正常，在機組并網(wǎng)后勵磁小軸軸振增大，且呈周期性波動現(xiàn)象，最大振幅由65μm逐步增大到145μm左右，瓦振正常。（詳見DCS運行曲線），通過調(diào)整潤滑油量、氫氣溫度、定冷水溫度等運行參數(shù)，使勵磁小軸軸振維持在95～120μm運行，但隨著機組升降負荷，勵磁小軸振動變化較大，威脅到了機組安全穩(wěn)定運行。

圖1

表1 機組運行期間振動值

2 振動情況分析及處理

（1）針對勵磁小軸9#瓦軸振周期性波動異常現(xiàn)象，組織專業(yè)團隊在機組運行期間通過對蒸汽溫度、壓力、氫溫、密封油溫、勵磁等進行分析均未找到直接相關(guān)性，隨即與發(fā)電機廠家、國內(nèi)權(quán)威振動專家進行咨詢確定進一步排查步驟。

首先，利用機組臨停契機對9#瓦解體檢查，對標機組安裝數(shù)據(jù)，對各部間隙及勵磁小軸晃度進行測量，9#瓦軸徑的晃度18μm。結(jié)合上汽集團發(fā)電機廠家安裝說明書，晃度標準值為≤25μm，現(xiàn)9#瓦晃度在標準范圍內(nèi)。

其次，通過開展AVC調(diào)節(jié)試驗等工作排除了周期性波動與振動、電流、電壓的相關(guān)性，并將排查方向集中在了勵磁集電環(huán)及碳刷處，對碳刷分布電流調(diào)整后無明顯改善，參考電力論文《640MW發(fā)電機軸承振動周期性波動原因分析》進行對比分析，振動特性與我司現(xiàn)狀較為相似，該論文得出結(jié)論為發(fā)電機碳刷過硬，在長時間運行后碳刷磨損量不一致引起振動，制定更換品牌改變摩擦力和硬度方案。對勵磁碳刷型號及品牌由原羅蘭LGC554全部變更為摩根NCC634，共更換正負極192塊碳刷，9#瓦軸振周期性波動異?，F(xiàn)象減小，勵磁小軸振動值維持在85～95μm之間。

（2）在機組臨停啟動后（因停機時間較短，無法進行解體處理）勵磁小軸振動值爬升至147μm，已達到手動打閘值。通過增大9#瓦進油量、提高氫氣溫度和定冷水溫度等措施，振動峰值逐步降低，維持在90～123μm，保持運行。

圖2 振動最大值及調(diào)整參數(shù)后曲線

圖3 振動維持在90～120μm之間運行

（3）利用振動信號采集分析裝置—SKVMA9172（儀器編號∶LJ1-19G125），接入TSI系統(tǒng)，測量機組振動數(shù)據(jù)。監(jiān)測8#、9#軸振和瓦振趨勢圖如下圖4。

圖4

振動數(shù)據(jù)表明：振動變化分量是一倍頻，8#瓦和9#瓦振動幅值變化趨勢是反相變化，查DCS數(shù)據(jù)，振動變化與負荷、轉(zhuǎn)子電流有相關(guān)性，負荷升高，轉(zhuǎn)子電流增大時，9#瓦軸振和瓦振增大，8#瓦振減小。

通過運行數(shù)據(jù)對比，4#機組9#瓦溫度比3#機組9#瓦溫度高10℃，且調(diào)整發(fā)電機氫氣溫度及定冷水溫度后振動明顯得到改善，分析認為機組振動由以下原因造成。9#軸承負載偏低，油膜建立不好；發(fā)電機與勵磁小軸同心度較差。

結(jié)合上述分析結(jié)果，因考慮勵磁小軸軸振只能通過機組沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)后才能進行效果檢驗，專業(yè)團隊決定利用機組檢修期間首先對9#瓦頂部間隙、上抬量及轉(zhuǎn)子同心度進行檢查并處理。

（1）檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子與勵磁小軸轉(zhuǎn)子同心度，未發(fā)現(xiàn)異常，同心度在標準范圍內(nèi)。

（2）對9#瓦軸承進行解體檢修，9#瓦頂部間隙通過壓鉛絲（兩側(cè)45°瓦塊處放鉛絲，并在接合面放入0.50mm墊片）及抬軸法（轉(zhuǎn)子上方架表，軸瓦結(jié)合面兩端架表）進行雙重驗證，兩種方法測得頂部間隙為0.61mm，結(jié)合座式軸承圖紙（見圖5）得出軸瓦頂部間隙為0.195～0.255mm，決定在可傾瓦墊塊底部加墊，使頂部間隙變?yōu)?.26mm，按標準上限進行調(diào)整。因可傾瓦調(diào)整頂部間隙需通過底部墊塊加減墊片進行調(diào)整，調(diào)整量需用實際調(diào)整量乘以修正系數(shù)k后，才能真正反映軸瓦頂部間隙調(diào)整值。對于4塊可傾瓦滑動軸承＝45°，頂部間隙=1.1716乘以調(diào)整值（加減墊），即可計算出在可傾瓦兩側(cè)底部加入0.30mm墊片，即可將頂隙減小0.35mm，最終測得頂部間隙為0.29mm。

圖5

（3）對勵磁小軸上抬量（標高）進行調(diào)整，首先測量勵磁小軸實際上抬量。在上瓦吊出，下瓦在軸承座時，通過利用機械千斤頂將轉(zhuǎn)子頂起1.16mm不動為止，然后將下瓦翻出，勵磁小軸轉(zhuǎn)子第一次下沉0.47mm，第二次下沉0.42mm，說明軸瓦將勵磁小軸抬高0.445mm。將下瓦翻出，讓轉(zhuǎn)子回到無軸瓦支撐狀態(tài)，利用機械千斤頂測得勵磁小軸第一次抬量1.50mm，第二次抬量1.53mm，松千斤頂后均回0位，兩次測量平均數(shù)為1.51mm，那么轉(zhuǎn)子的中心位置應(yīng)該為0.75mm?，F(xiàn)9#軸承將勵磁小軸轉(zhuǎn)子抬高0.445mm，為使勵磁小軸處于中心位置，因此在決定在9#瓦軸承座底部加0.30mm墊片，使勵磁小軸與整個軸系對中。調(diào)整后測量勵磁小軸上抬量為0.75mm。

圖6

3 效果確認

在2021年3月26日機組啟動后，汽輪機轉(zhuǎn)速3000r/min時，各項運行參數(shù)（氫氣溫度、定冷水溫度、軸瓦進油量）均已調(diào)整為正常值時，勵磁小軸9#瓦軸振為23μm，帶勵磁并網(wǎng)后振動值始終維持在22～30μm之間。通過以下檢修策略徹底解決了汽輪發(fā)電機勵磁小軸在機組沖轉(zhuǎn)及定速期間振動的異常。

（1）更換勵磁碳刷使勵磁小軸周期性振動現(xiàn)象消失。

（2）調(diào)整勵磁小軸上抬量增加9#軸承負載力。

（3）調(diào)整軸瓦頂隙增加油膜剛度。

機組并網(wǎng)后，勵磁小軸軸振增大，且呈周期性波動，此種方法值得同類型機組存在勵磁小軸振動的情況進行參考借鑒。

圖7 機組運行曲線

表2 機組運行期間振動值