張 芳

(馬鋼煤焦化公司，安徽 馬鞍山 243000)

一、現(xiàn)狀

工廠5#干熄焦汽輪發(fā)電機(jī)組容量為18MW，軸系布置如圖1所示。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系布置示意圖

自2007年投產(chǎn)以來，機(jī)組開停機(jī)過臨界振動(dòng)過大。1#瓦過臨界時(shí)垂直瓦振達(dá)到180～230μm，且頻繁出現(xiàn)下瓦損壞現(xiàn)象。新瓦換上后，運(yùn)轉(zhuǎn)15～30天再次損壞。為解決機(jī)組振動(dòng)問題，作了4次揭缸檢查、3次返廠動(dòng)平衡，對(duì)汽輪機(jī)前軸承座和基礎(chǔ)進(jìn)行了檢查和調(diào)整、多次復(fù)查聯(lián)軸器中心等維修工作，但效果不明顯。

二、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)分析

5#機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)只配置了瓦振傳感器，前期故障分析只能以瓦振為主。不能完全反映軸振。2010年4月15日，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，加裝了1套軸振測(cè)量系統(tǒng)。

測(cè)試結(jié)果表明，低轉(zhuǎn)速下軸振已經(jīng)很大。400r/min時(shí)1#軸振達(dá)到100μm。產(chǎn)生這種現(xiàn)象有3種可能性：測(cè)點(diǎn)處軸頸表面粗糙度差；轉(zhuǎn)子彎曲；轉(zhuǎn)子軸頸晃度大。

1 150r/min中速暖機(jī)和3 000r/min定速時(shí)，雖然各瓦瓦振在合格范圍內(nèi)，軸振卻已經(jīng)超過打閘值。該機(jī)組軸振較大，足以引起軸承烏金疲勞損壞。轉(zhuǎn)速一定時(shí)，振幅變化范圍在±10%之內(nèi)，相位變化在±10°之內(nèi)，基頻振幅占通頻振幅的70%以上，具有典型的不平衡特征。為排除轉(zhuǎn)子找正問題，決定復(fù)查軸系中心后重新測(cè)試振動(dòng)和進(jìn)行動(dòng)平衡。

本次檢修在2#瓦底部加0.01mm墊片、左側(cè)加0.005mm墊片，3#瓦底部加0.01mm墊片、左側(cè)加0.005mm墊片、右側(cè)減0.005mm墊片。復(fù)查聯(lián)軸器對(duì)中情況，上開口為0.035mm，左開口為0.01mm。本次檢修后，3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振從原265μm、243μm分別降為200μm、190μm。1#軸振雖有所降低，但仍維持在較高幅值上，且低速時(shí)軸振讀數(shù)仍然很大。

三、軸系中心調(diào)整前后1#軸承油膜厚度變化情況

1#軸承下瓦烏金頻繁出現(xiàn)疲勞損壞，懷疑軸承承載過重所導(dǎo)致。本次軸系中心調(diào)整，將2#瓦和3#瓦分別抬高0.01mm,有助于減小1#軸承載荷。利用加裝的渦流傳感器，全面測(cè)試了1#軸承在低速、定速和滿負(fù)荷三種情況下軸振測(cè)點(diǎn)間隙電壓變化情況，據(jù)此分析了軸系中心調(diào)整前后工作狀態(tài)下1#軸頸中心在軸承內(nèi)位置以及軸承油膜厚度變化情況。表1給出了測(cè)試結(jié)果。經(jīng)過調(diào)整，1#瓦處的軸頸垂直和水平偏移量由原0.256mm、0.372mm下降為0.192mm、0.269mm，最小油膜厚度也相應(yīng)地由0.03mm增大到0.079mm。1#軸承潤(rùn)滑狀況得到改善。

表1 軸系中心調(diào)整前后1#軸頸中心位置和油膜厚度變化情況

四、機(jī)組動(dòng)平衡過程分析

1.汽輪機(jī)和聯(lián)軸器動(dòng)平衡過程分析

本次停機(jī)后對(duì)1#軸頸作了修磨處理，處理后軸頸晃度降為0.03mm，在汽輪機(jī)末級(jí)葉片加重488g∠180°。

本次開機(jī)在3 000r/min定速后，1#軸振垂直和水平方向振幅下降了30～50μm。機(jī)組并網(wǎng)帶10MW負(fù)荷運(yùn)行期間，1#水平軸振穩(wěn)定、垂直軸振有波動(dòng)，再次在汽輪機(jī)末級(jí)葉片加重400g∠80°。

本次加重后開機(jī)，振動(dòng)變化幅度不大，決定在聯(lián)軸器上繼續(xù)加重。

5月16日在聯(lián)軸器連接螺栓上用焊接的方式加重550g∠350°。加重后，3#瓦振動(dòng)變小，但3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振分別達(dá)到250μm和270μm。

2.發(fā)電機(jī)動(dòng)平衡過程分析

拆除聯(lián)軸器上所加平衡重量后，重新開機(jī)測(cè)試振動(dòng)，決定在發(fā)電機(jī)兩側(cè)加平衡塊。

具體方案為：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前端和后端平衡槽內(nèi)分別加重300g∠315°和300g∠135°。

加重后，開機(jī)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)1#瓦最大振動(dòng)為56μm，其余各瓦過臨界最大振動(dòng)值均在50μm以下。3 000r/min定速下1#水平軸振95μm，垂直軸振為135μm，振動(dòng)大幅度減小。連續(xù)運(yùn)行1天后，1#軸振數(shù)據(jù)逐步增大到230μm，1#～4#瓦振基本沒有變化。決定對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行第2次動(dòng)平衡調(diào)整。

具體加重方案為：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前端和后端平衡槽內(nèi)分別加重130g∠0°和130g∠180°。本次動(dòng)平衡調(diào)整效果明顯。3 000r/min時(shí)1#水平和垂直軸振分別降到70μm和100μm。升負(fù)荷至15MW過程中，1#水平和垂直軸振分別為100μm和105μm。

五、動(dòng)平衡后軸頸中心位置和最小油膜厚度情況

動(dòng)平衡后機(jī)組振動(dòng)明顯減小，機(jī)組帶滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行工況下，1#軸頸垂直和水平方向上的偏移量穩(wěn)定在0.142mm和0.167mm，最小油膜厚度達(dá)到0.133mm。軸承潤(rùn)滑狀況明顯改善。

六、結(jié)論

5#機(jī)振動(dòng)故障原因比較復(fù)雜，歸納起來主要有：低轉(zhuǎn)速下軸振大，轉(zhuǎn)子存在中心不正現(xiàn)象；1#軸承處油膜厚度不足，導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑性能不好，工作狀態(tài)較差；機(jī)組臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速下軸振過大，導(dǎo)致軸承所承受的動(dòng)態(tài)激振力較大，容易導(dǎo)致烏金的疲勞損壞。最終通過軸系中心調(diào)整和軸系動(dòng)平衡手段消除了機(jī)組振動(dòng)和軸承碎瓦故障。

目前狀態(tài)下，1#軸承的軸心軌跡橢圓度較大，說明垂直和水平方向上的剛度差異較大，機(jī)組還存在一定程度的不對(duì)中。

5#機(jī)目前已安全運(yùn)行近10個(gè)月，各項(xiàng)參數(shù)均在優(yōu)良范圍內(nèi)。1#軸瓦的瓦溫平穩(wěn)，說明1#軸瓦運(yùn)行平穩(wěn)，頻繁損壞的問題已經(jīng)得到解決。