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        300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)分析與處理

        2010-07-02 03:28:20楊新華張麗娟陳冬冬王寶玉
        大電機(jī)技術(shù) 2010年2期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)平衡軸承座幅值

        楊新華 ,張麗娟,,陳冬冬,王寶玉

        (1.蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院,蘭州 730050; 2.山西昆明煙草有限責(zé)任公司,太原 030012; 3.甘肅電力科學(xué)研究院,蘭州 730050)

        前言

        甘肅某電廠3號(hào)機(jī)組工程設(shè)備采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備,配以哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型發(fā)電機(jī),采用靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。每個(gè)轉(zhuǎn)子跨度使用兩個(gè)軸承,#1~#3軸承為可傾瓦,#4軸承為短圓瓦,#5~#6軸承為橢圓瓦。機(jī)組軸系設(shè)計(jì)臨界轉(zhuǎn)速高壓轉(zhuǎn)子為1530r/min,低壓轉(zhuǎn)子為1500r/min,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為1000r/min。

        該機(jī)組于2008年5月10日首次沖轉(zhuǎn),5月14日并網(wǎng)發(fā)電,6月8日結(jié)束168試運(yùn)。機(jī)組在起動(dòng)及帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了振動(dòng)異常現(xiàn)象。針對(duì)上述情況,在機(jī)組起動(dòng)、升速、定速、超速、并網(wǎng)帶負(fù)荷等各種工況下,對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄,找出了產(chǎn)生振動(dòng)異常的原因,采取了相應(yīng)的消振措施,使機(jī)組的振動(dòng)達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

        1 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)內(nèi)容

        振動(dòng)監(jiān)測(cè)分兩部分:一是軸振動(dòng)信號(hào),這是目前大型發(fā)電機(jī)組主要監(jiān)測(cè)信號(hào),也是大機(jī)組振動(dòng)的主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);二是軸承座的振動(dòng)信號(hào)。本機(jī)組主要以軸振動(dòng)信號(hào)為監(jiān)測(cè)重點(diǎn),軸承座振動(dòng)只是在軸振動(dòng)出現(xiàn)振動(dòng)故障時(shí)做參考分析數(shù)據(jù)。軸振動(dòng)信號(hào)測(cè)量,采用美國(guó)本特利的108數(shù)據(jù)采集器,直接從3500系統(tǒng)的輸出端接出軸振動(dòng)的輸出信號(hào),用數(shù)據(jù)分析軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和處理。

        測(cè)量布置如圖1所示。

        圖1 測(cè)量布置示意圖

        2 振動(dòng)監(jiān)測(cè)情況

        2.1 首次起動(dòng)后機(jī)組振動(dòng)異常

        機(jī)組首次沖轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速升至460 r/min時(shí),#5軸承振動(dòng)達(dá)102μm,打閘檢查后繼續(xù)升速,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1000 r/min后,振動(dòng)值迅速爬升,在1151 r/min時(shí),#5軸承X向、Y向振動(dòng)值分別達(dá)到 157μm、155μm;轉(zhuǎn)速接近1200r/min時(shí),隨時(shí)間的增加,振動(dòng)值由175μm 、173μm 升至 193μm、191μm;降速過(guò)程中,在轉(zhuǎn)速為1021 r/min時(shí),其值達(dá)到237μm、240μm,而實(shí)測(cè)的發(fā)電機(jī)軸系的臨界轉(zhuǎn)速為1000 r/min。

        2.1.1 振動(dòng)原因分析及處理

        從以上數(shù)據(jù)分析,#5軸承振動(dòng)有如下特點(diǎn):

        (1)升速過(guò)程中,隨著轉(zhuǎn)速的升高,振動(dòng)的增長(zhǎng)率較快;降速過(guò)程中,降至一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)值很大。

        (2)保持一定轉(zhuǎn)速不變,隨時(shí)間的延長(zhǎng),振動(dòng)雖波動(dòng)不大但卻逐漸增大。

        (3)#5軸承X向、Y向振動(dòng)幅值差別很小。

        (4)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了熱彎曲。

        根據(jù)振動(dòng)特征和相關(guān)參數(shù)綜合分析,振動(dòng)的主要原因是轉(zhuǎn)子在一階臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生轉(zhuǎn)軸碰磨,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲,使振動(dòng)顯著增加。于是決定揭缸消除碰磨源,此后經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)子并未發(fā)生永久性彎曲,可以重新開(kāi)機(jī)。

        2.2 低壓轉(zhuǎn)子初次動(dòng)平衡

        #5軸承振動(dòng)故障消除后重新開(kāi)機(jī),由于#3和#4軸承振動(dòng)過(guò)大造成前4次沖轉(zhuǎn)均未達(dá)到3000 r/min。其中,第4次沖轉(zhuǎn)時(shí)#3、 #4軸承升速波得圖見(jiàn)圖2。

        根據(jù)幾次起動(dòng)過(guò)程中采集的升降速數(shù)據(jù)分析,在2700 r/min以后,#3軸承X向、#4軸承X向振動(dòng)相位相差較大(相位差接近140°),振動(dòng)的分量主要是工頻,振動(dòng)幅值和相位重復(fù)性好,充分表明低壓轉(zhuǎn)子存在一個(gè)二階不平衡分量,可通過(guò)動(dòng)平衡降低振動(dòng)幅值。首次平衡時(shí)的轉(zhuǎn)速為2820 r/min,在低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)平衡面各加一個(gè)螺栓,即#3軸承:458g/340°;#4軸承:458g/160°。加重后起機(jī),通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)加重效果顯著,振動(dòng)幅值降幅都在60μm以上,其中#3軸承X向和#4軸承座振動(dòng)降幅都在80μm,相位角也變化較大。在轉(zhuǎn)速升至2888 r/min時(shí),由于#4軸承座振動(dòng)達(dá)198μm,手動(dòng)打閘停機(jī)。

        通過(guò)對(duì)加重后數(shù)據(jù)分析,用諧分量法計(jì)算表明二階不平衡分量很大,上次加重的位置是正確的,只是加重量不夠。決定在保留原加重的基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次加重。加重后再次起機(jī),振動(dòng)幅值進(jìn)一步降低,#4軸承座振動(dòng)由 110μm 降至 51μm,機(jī)組順利升速至3000r/min。

        圖2 第四次沖轉(zhuǎn)#3、#4軸承升速波得圖

        2.3 中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡

        對(duì)低壓轉(zhuǎn)子實(shí)施兩次動(dòng)平衡后,機(jī)組轉(zhuǎn)速升至3000 r/min,穩(wěn)定運(yùn)行半小時(shí)后,由于#1、#2軸承振動(dòng)較大(見(jiàn)表1)停機(jī)。

        從數(shù)據(jù)看,振動(dòng)的分量主要是工頻,1X和2X的相位差為 183°,振動(dòng)幅值和相位穩(wěn)定,說(shuō)明高中壓轉(zhuǎn)子也存在較大的二階不平衡分量。通過(guò)在#1、#2軸承加一個(gè)反對(duì)稱立偶來(lái)降低振動(dòng)幅值。平衡轉(zhuǎn)速為3000 r/min,加重位置和重量為:#1:294g/330° ;#2:295g/150°。從2925 r/min數(shù)據(jù)看,加重取得明顯效果,#1X和#2X的降幅達(dá)103μm、92μm。

        表1 定速3000 r/min時(shí)各軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)表

        2.4 #3、#4軸承振動(dòng)探頭故障分析

        當(dāng)轉(zhuǎn)速再次升至3000 r/min后振動(dòng)數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定,在11s內(nèi)#4X振幅值從170μm上升至306μm;#3X在轉(zhuǎn)速接近3000 r/min時(shí),振動(dòng)有明顯峰值。根據(jù)制造廠提供的數(shù)據(jù),該區(qū)域?yàn)榉桥R界區(qū),振動(dòng)的分量主要是工頻。從幾次沖轉(zhuǎn)的瀑布圖分析,#3軸X向支架渦流探頭的固有頻率為50.2Hz,與工作轉(zhuǎn)速重合,說(shuō)明其值不是轉(zhuǎn)子的真實(shí)振動(dòng)值,而是由于支架共振造成的。停機(jī)后,對(duì)#3、#4軸承的渦流探頭X向和Y向重新安裝且互換,以后的運(yùn)行中這一故障消除。

        2.5 低壓轉(zhuǎn)子二次動(dòng)平衡

        由表 1可以看出,在 3000r/min定速運(yùn)行時(shí),#4軸承振動(dòng)值仍較大,#3X、#4X振動(dòng)相位相差 43°,基本同相,是一階振型。因此分別對(duì)#3、#4軸承加重,用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,求出影響系數(shù),進(jìn)一步降低振動(dòng)幅值。結(jié)合第三次高中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的數(shù)據(jù),第四次加重的平衡轉(zhuǎn)速為2925r/min,加重位置和重量為:#3軸承:455g/140°。由振動(dòng)數(shù)據(jù)看,#3軸承加重使#2軸承X向相位角變化了90°,幅值變化不大,并使#3、#4軸承Y向的幅值增加不到30μm,角度基本無(wú)變化,說(shuō)明在#3軸承加重影響系數(shù)小。

        拆掉#3軸承加重后,對(duì)#4軸承進(jìn)行加重,平衡轉(zhuǎn)速為2920 r/min,加重重量和位置為455g/140°。加重后起機(jī),機(jī)組轉(zhuǎn)速升至3000 r/min,在排除了#3軸承X向振動(dòng)支架共振的影響因素后,定速運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定,相位角變化不大,幅值下降,其中#4軸承 Y向降了52μm。

        并網(wǎng)帶負(fù)荷后,#4軸承X向、#3軸承Y向振動(dòng)幅值上升較大,空載時(shí)#3、#4軸承X向的選頻量分別為:22μm/250°、119/315°,它們幅值相差較大,相位角相差不大,說(shuō)明激振力主要在#4軸承側(cè),為一階不平衡分量,需再次通過(guò)在#4軸承加平衡重量來(lái)減小振幅值。利用第四次加重?cái)?shù)據(jù),求出3000r/min時(shí)影響系數(shù),計(jì)算應(yīng)在#4軸承加重 906g/185°,考慮到 185°位置上已有平衡塊,實(shí)際加重位置為:910g/150°。加重后起機(jī),空載和帶負(fù)荷時(shí)振動(dòng)幅值都有下降,其中#3軸承Y向在3000 r/min時(shí)由96μm降到46μm;帶100MW負(fù)荷時(shí),#4軸承X向、#3軸承Y向的通頻值分別為128μm、74μm;本次動(dòng)平衡取得成效,但#4軸承振動(dòng)仍偏大。

        通過(guò)對(duì)動(dòng)平衡數(shù)據(jù)分析,在#4軸承加重時(shí)對(duì)#1、#2軸承振動(dòng)影響不大,#3、#4軸承的相位角變化不大,只是幅值下降,表明低壓轉(zhuǎn)子殘余不平衡量很大,加重量不夠,在#4軸承的加重對(duì)本身的影響較小。因?yàn)樵?4軸承已加重 1833g,考慮到機(jī)組軸系安全,及臨界轉(zhuǎn)速1500 r/min和工作轉(zhuǎn)速3000 r/min,經(jīng)綜合計(jì)算和制造廠同意,利用消缺機(jī)會(huì)進(jìn)行了最后一次加重,#4軸承加重位置和重量為 469.8g/127°。這次動(dòng)平衡取得較好效果,6月4日數(shù)據(jù)為:#3軸承X向:85μm ,Y 向:83μm ;#4 軸承 X 向:78μm ,Y 向:72μm。至此,動(dòng)平衡試驗(yàn)比較圓滿完成。

        表2 機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷各軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)表通頻:μm; 選頻 :μm/°

        3 結(jié)論

        (1)綜合分析3號(hào)機(jī)組在起動(dòng)及帶負(fù)荷運(yùn)行中測(cè)得的各種振動(dòng)數(shù)據(jù)和波形,分析并確診了產(chǎn)生振動(dòng)異常的主要原因是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度較差,經(jīng)過(guò)6次現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡處理, 轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)大幅下降,各軸振值都在85μm以內(nèi),基本符合要求。

        (2)隨著我國(guó)機(jī)組制造和工藝水平的提高,大多數(shù)異常振動(dòng)發(fā)生在工作轉(zhuǎn)速,新機(jī)開(kāi)機(jī)未升至 3000 r/min時(shí)出現(xiàn)異常振動(dòng)的情況比較少。高中壓和低壓轉(zhuǎn)子本身殘余不平衡質(zhì)量太大給現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡增加了難度,需要一次次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡來(lái)提高轉(zhuǎn)子的平衡精度,減小振動(dòng)幅值。

        (3)此次動(dòng)平衡,盡可能在最短時(shí)間內(nèi)處理好了機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題,確保了機(jī)組及時(shí)、安全投運(yùn);與此同時(shí),也為了解機(jī)組振動(dòng)的特性,積累了分析處理振動(dòng)的經(jīng)驗(yàn),對(duì)于今后同類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題的解決具有一定的參考價(jià)值。

        [1]李錄平. 汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社. 2002.

        [2]劉凱.電力試驗(yàn)技術(shù)叢書(shū):汽輪機(jī)試驗(yàn)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社,2005.

        [3]張學(xué)延,王延博,等. 華潤(rùn)彭城發(fā)電廠 1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)分析及處理[J].中國(guó)電力,2005,38(1):53-56.

        [4]臨沂電廠 135MW 汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)分析處理[J].汽輪機(jī)技術(shù),2006,48(4):292-294.

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