李 軍，王春艷

（1.吉林電力股份有限公司，長(zhǎng)春 130022；2.中電投白城發(fā)電公司，吉林 白城 137000）

汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)會(huì)造成零部件松動(dòng)及設(shè)備的損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性，機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)在很大程度上決定了其運(yùn)行的可靠性。

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組為NC200－12.75／0.39／535／535型、超高壓、中間再熱、單軸三缸兩排汽、冷凝抽汽式汽輪機(jī)，高中壓轉(zhuǎn)子采取三支撐結(jié)構(gòu)。2012年11月以來，機(jī)組在正常帶負(fù)荷運(yùn)行期間，4號(hào)軸承多次出現(xiàn)突發(fā)不穩(wěn)定振動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組因振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作而跳機(jī)，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并提出治理措施，機(jī)組檢修調(diào)整后振動(dòng)平穩(wěn)。

1 不穩(wěn)定振動(dòng)現(xiàn)象

2012年11月9日，2號(hào)機(jī)組正常帶130MW 負(fù)荷運(yùn)行期間，4號(hào)軸承軸振首次出現(xiàn)突增，引起機(jī)組振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。4號(hào)軸承振動(dòng)突增振動(dòng)變化曲線如圖1所示。在未采取任何調(diào)整措施的情況下啟動(dòng)，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。此后，機(jī)組在2012年12月18日和2013年1月1日先后出現(xiàn)2次因振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作而引起的跳機(jī)，現(xiàn)象與第1次相似。

跳機(jī)故障發(fā)生后，查看汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)TDM 系統(tǒng)監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)3 次跳機(jī)機(jī)組振動(dòng)具有如下共同特征。

a.振動(dòng)突變主要發(fā)生在4 號(hào)軸承上，4 號(hào)軸承振動(dòng)增大后，相鄰軸承振動(dòng)也相應(yīng)有不同幅度的增大。

b.3次跳機(jī)時(shí)的最大振動(dòng)幅值相近。跳機(jī)后，隨著轉(zhuǎn)速的降低，振動(dòng)幅值迅速降低。

c.振動(dòng)增大后，頻譜圖中出現(xiàn)了較大幅度的低頻分量，低頻頻率并不是嚴(yán)格意義上的半倍頻，而是在0.4～0.5倍頻之間波動(dòng)。頻率波動(dòng)的過程中工頻分量幅值和相位也有一定幅度波動(dòng)。圖2給出了振動(dòng)突增后4號(hào)軸承頻譜。

d.振動(dòng)突增后，4 號(hào)軸承軸總振幅達(dá)到290 μm，工頻分量幅值反而有所減小，從100μm 減小到73μm。

2 振動(dòng)故障原因分析

根據(jù)跳機(jī)時(shí)的振動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，對(duì)2號(hào)機(jī)組振動(dòng)突變?cè)蜻M(jìn)行分析。多次振動(dòng)突變都是發(fā)生在4號(hào)軸承，說明故障部位在汽輪機(jī)側(cè)，與發(fā)電機(jī)無關(guān)。振動(dòng)突變多發(fā)生在穩(wěn)定帶負(fù)荷發(fā)電工況下，與不穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩、管道振動(dòng)、扭振低頻振蕩等之間的關(guān)系不大，與負(fù)荷變化之間也沒有太大關(guān)系。

圖1 機(jī)組振動(dòng)突增變化曲線

圖2 振動(dòng)突增后4號(hào)軸承頻譜

多次突發(fā)性振動(dòng)現(xiàn)象具有很強(qiáng)的相似性。4號(hào)軸承振動(dòng)突變時(shí)，相鄰各點(diǎn)振動(dòng)以及4號(hào)軸承瓦振都有所增大。因此，4號(hào)軸承振動(dòng)現(xiàn)象是真實(shí)的，不是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到外界干擾所引起的，可能是由于軸承油膜失穩(wěn)所引起的。油膜失穩(wěn)是軸頸帶動(dòng)潤(rùn)滑油高速流動(dòng)時(shí)，高速油流反過來激勵(lì)軸頸，使其發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象［1］。油膜失穩(wěn)故障大多發(fā)生在機(jī)組啟動(dòng)升速和超速試驗(yàn)過程中，也有部分發(fā)生于機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中。油膜失穩(wěn)故障是一種強(qiáng)烈的自激振動(dòng)，具有以下特征［2］：油膜失穩(wěn)故障發(fā)生之前，振動(dòng)以工頻分量為主。油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后，低頻分量將成為主要頻率成分，振動(dòng)頻率約等于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率，不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，不能用提高轉(zhuǎn)速的方法來消除。振動(dòng)具有幅值大和突發(fā)性的雙重特性。臨近油膜震蕩時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的低頻振動(dòng)分量，此時(shí)幅值會(huì)出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)。一旦發(fā)生油膜失穩(wěn)，振動(dòng)幅值在短時(shí)間（幾秒鐘）內(nèi)劇增。正常工作時(shí)，軸心軌跡穩(wěn)定，油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后，軸心軌跡紊亂。

軸承是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要部件，起著支撐轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵作用。軸承工作狀態(tài)較好時(shí)，軸承間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油可以起到良好的潤(rùn)滑作用，保證轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地工作。反之，軸承工作狀態(tài)不好時(shí)，則容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。4號(hào)軸承頂軸油壓較低，運(yùn)行一段時(shí)間后，頂軸油壓由初期的1.0MPa降至0.2MPa左右，表明軸承脫空、載荷較輕，承載較輕的軸承容易誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障。突發(fā)振動(dòng)后，出現(xiàn)了較大幅度的0.4～0.5倍低頻頻率成分，該頻率是軸承油膜失穩(wěn)故障的主要特征之一。軸承油膜失穩(wěn)故障具有突發(fā)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，在外界擾動(dòng)作用下容易突發(fā)。

從振動(dòng)現(xiàn)象以及油膜失穩(wěn)故障機(jī)理來看，本機(jī)組振動(dòng)是由于4號(hào)軸承油膜失穩(wěn)所引起的。

3 振動(dòng)故障治理

第3次跳機(jī)故障發(fā)生后，停機(jī)對(duì)機(jī)組進(jìn)行了第1次檢修和調(diào)整。4號(hào)軸承位于汽輪機(jī)低壓排汽缸上，軸承標(biāo)高受真空和排汽缸溫度的影響較大，熱態(tài)下4號(hào)軸承標(biāo)高可能發(fā)生變化?；谏鲜隹紤]，檢修中對(duì)軸系中心進(jìn)行了調(diào)整。將4號(hào)軸承標(biāo)高抬高了0.10mm，5號(hào)軸承標(biāo)高降低了0.05mm。揭瓦對(duì)4號(hào)軸承進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷。

2013年2月21日，機(jī)組檢修后開機(jī)，升速和帶負(fù)荷過程中振動(dòng)都較小，但是，運(yùn)行一段時(shí)間后，4號(hào)軸承振動(dòng)再次出現(xiàn)了突增，并導(dǎo)致跳機(jī)。停機(jī)后對(duì)機(jī)組進(jìn)行了第2次調(diào)整，將4號(hào)軸承標(biāo)高在第1次抬高的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步抬高了0.15 mm。檢修后機(jī)組于2013年4月12日開機(jī)，開機(jī)和帶負(fù)荷過程中機(jī)組振動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)組運(yùn)行至今沒有再次出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)。

表1給出了盤車狀態(tài)下所測(cè)第1次標(biāo)高調(diào)整前后和第2次標(biāo)高調(diào)整后各軸承頂軸油壓情況?？梢钥闯?，4號(hào)軸承標(biāo)高抬高后，軸承頂軸油壓增大，說明4號(hào)軸承所承受的載荷增大，這對(duì)于提高4號(hào)軸承的穩(wěn)定性是很有利的。

表1 3種標(biāo)高狀態(tài)下軸承頂軸油壓 MPa

4 結(jié)束語(yǔ)

2012年11月前，2號(hào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，此后才頻繁發(fā)生突發(fā)性不穩(wěn)定振動(dòng)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，軸承標(biāo)高可能發(fā)生了變化。軸承標(biāo)高出現(xiàn)偏差后，擰緊聯(lián)軸器螺栓后，軸系仍然可以處于同心和平直狀態(tài)，因此，軸系對(duì)中偏差并不會(huì)產(chǎn)生直接的激振力，但是標(biāo)高變化會(huì)改變軸承之間的載荷分配。抬高某一軸承標(biāo)高，該軸承載荷增大，相鄰軸承載荷必然減輕。軸承載荷變化改變軸承工作狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致載荷較輕的軸承發(fā)生失穩(wěn)故障。

對(duì)于油膜失穩(wěn)和汽流激振這類自激振動(dòng)故障，軸承標(biāo)高調(diào)整是有效的治理措施。標(biāo)高對(duì)振動(dòng)的影響與標(biāo)高調(diào)整量有關(guān)［2］，小量標(biāo)高變化對(duì)振動(dòng)的影響有限。第1次調(diào)整沒能取得預(yù)期效果，與標(biāo)高調(diào)整量較小有關(guān)。

4號(hào)軸承突發(fā)振動(dòng)是由于軸承標(biāo)高降低導(dǎo)致軸承載荷較輕并進(jìn)而誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障所引起的，通過抬高軸承標(biāo)高0.25 mm，取得了很好的減振效果。在軸承瓦溫不超標(biāo)、動(dòng)靜不摩擦的前提下，標(biāo)高調(diào)整量可以適當(dāng)大一些，但如果4號(hào)軸承標(biāo)高抬高量進(jìn)一步增大，將會(huì)導(dǎo)致軸承載荷過重，軸瓦溫度過高。目前狀態(tài)下，振動(dòng)穩(wěn)定、瓦溫正常，標(biāo)高調(diào)整量比較合理。

4號(hào)軸承位于低壓排汽缸上，軸承標(biāo)高受真空、排汽缸溫度等參數(shù)的影響較大，容易發(fā)生因?yàn)槔錈釕B(tài)下標(biāo)高差異所引起的振動(dòng)故障。建議利用機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)機(jī)會(huì)，測(cè)試抽真空、沖轉(zhuǎn)和帶負(fù)荷過程中各軸承標(biāo)高變化情況，為合理制定冷態(tài)下軸承標(biāo)高預(yù)留補(bǔ)償值提供依據(jù)。

［1］陳陽(yáng)，楊建剛.汽輪發(fā)電機(jī)組滑動(dòng)軸承油膜振蕩故障的分析與治理［J］.軸承，2012，（9）：25－28.

［2］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.