裴海峰，王守柱，薛曉勇

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

670 MW火電機(jī)組集電環(huán)軸承振動(dòng)分析及處理

裴海峰，王守柱，薛曉勇

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

針對(duì)某電廠670 MW超臨界火電機(jī)組集電環(huán)軸承振動(dòng)大的情況，將集電環(huán)軸承解體，通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對(duì)輪中心存在左右偏差是引起軸承運(yùn)行過程中單側(cè)軸振緩慢增大的主要原因。通過將軸承座向左側(cè)平移，保證下部兩瓦塊載荷均勻，解決了軸振波動(dòng)或緩慢增大問題，提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性，為存在類似問題的機(jī)組提供借鑒。

汽輪發(fā)電機(jī)組；軸瓦；振動(dòng)；集電環(huán)

汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)及盤車等過程中，各軸承振動(dòng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)是保障機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的主要指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)值異常，應(yīng)立即查找原因并處理，必要時(shí)需緊急停機(jī)，確保機(jī)組安全［1］。

670 MW超臨界火電機(jī)組由上海電氣電站設(shè)備有限公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)采用N670－24.2／566／566型超臨界參數(shù)、中間再熱、三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為QFSN－670－2型，采用水—?dú)洹獨(dú)淅鋮s方式，全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、2個(gè)低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子5個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，由9個(gè)軸瓦支撐。各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性連接。高中壓轉(zhuǎn)子、2個(gè)低壓轉(zhuǎn)子分別由2個(gè)軸瓦支撐，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，其中1～6號(hào)軸瓦為4塊可傾瓦型徑向軸瓦，7、8號(hào)軸瓦上半部為圓筒瓦，下半部為2塊可傾瓦，9號(hào)軸瓦為4塊可傾瓦。軸系布置如圖1所示，集電環(huán)位于9號(hào)軸承處，各瓦的軸振傳感器安裝在軸瓦塊頂部左、右兩側(cè)各45°方向上，由汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向，左側(cè)45°為Y向，右側(cè)45°為 X向。

圖1 670 MW機(jī)組軸系布置圖

1 存在問題

機(jī)組檢修結(jié)束，啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行后，各軸承振動(dòng)測點(diǎn)監(jiān)視數(shù)據(jù)正常，瓦溫和回油溫度無異常波動(dòng)。該機(jī)組軸承振動(dòng)設(shè)計(jì)報(bào)警值為125 μm，跳機(jī)值為250 μm。

機(jī)組啟動(dòng)后幾個(gè)月內(nèi)，9號(hào)軸Y向振動(dòng)逐漸上升，且在140～228 μm波動(dòng)，最大振動(dòng)值達(dá)228 μm，超越報(bào)警值，接近跳機(jī)值。此過程中，9號(hào)軸X向軸承振動(dòng)最大值為63 μm，無明顯變化。9號(hào)軸瓦溫則一直穩(wěn)定在61～64℃，無嚴(yán)重碰磨情況發(fā)生。

圖2為9號(hào)軸軸承振動(dòng)趨勢(shì)圖，綠色為機(jī)組負(fù)荷，黃色為Y向振動(dòng)，藍(lán)色為X向振動(dòng)。由振動(dòng)頻譜圖可見，振動(dòng)主要是工頻振動(dòng)，無規(guī)律性，頻譜正常，2、3階振動(dòng)分量較小，引起振動(dòng)的主要因素是軸承穩(wěn)定性降低。

圖2 9號(hào)軸軸承振動(dòng)趨勢(shì)圖

2 原因分析

2014年6月3日，機(jī)組停機(jī)檢修，對(duì)機(jī)組9號(hào)軸承進(jìn)行解體檢查，檢查過程中測量數(shù)據(jù)見表1～表3，表1為9號(hào)軸頸跳動(dòng)值，表2為發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間聯(lián)軸器同心度數(shù)據(jù)，表3為9號(hào)軸瓦解體后測得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

表1 9號(hào)軸頸跳動(dòng)值mm

表2 發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間聯(lián)軸器同心度數(shù)據(jù)mm

表3 9號(hào)軸瓦解體后所測各項(xiàng)數(shù)據(jù)mm

通過3個(gè)表數(shù)據(jù)分析，可得如下結(jié)論。

a.9號(hào)軸頸跳動(dòng)值符合要求，晃動(dòng)度不大于0.05 mm。

b.表2中描述發(fā)電機(jī)與集電環(huán)連接后聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)子中心的同心度數(shù)據(jù)，A代表發(fā)電機(jī)側(cè)，B代表集電環(huán)側(cè)。用力矩扳手逐個(gè)檢查發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對(duì)輪螺栓緊固力矩，均符合最小合格力矩1 650 N·m，同心度跳動(dòng)值最大為0.02 mm，符合要求，無需調(diào)整，故不需拆卸發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間的聯(lián)軸器。

c.浮動(dòng)油擋徑向間隙與浮動(dòng)油擋軸向間隙均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，軸瓦與軸徑間隙和頂部球面間隙超出設(shè)計(jì)值，這是振動(dòng)增大的主要原因。

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，在發(fā)電機(jī)與集電環(huán)動(dòng)平衡過程中將9號(hào)軸承上抬0.36 mm，施加預(yù)載荷，保證運(yùn)行中集電環(huán)轉(zhuǎn)子不發(fā)生“甩尾”現(xiàn)象［2－3］。在發(fā)電機(jī)與集電環(huán)連接狀態(tài)下，取出下瓦，測得軸頸下沉0.94 mm。

檢修前運(yùn)行過程中9號(hào)瓦溫一直穩(wěn)定在61～64℃，沒有發(fā)生軸瓦過載、瓦溫過高的問題，9號(hào)軸頸下沉0.94 mm，雖遠(yuǎn)大于0.36 mm的預(yù)載荷，但可以保證9號(hào)軸穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3為9號(hào)下瓦就位前后軸頸相對(duì)于軸承座洼窩中心記錄數(shù)據(jù)，可見軸頸就位洼窩中心和自由中心存在1.09 mm偏差，軸瓦為4塊可傾瓦，轉(zhuǎn)子就位后，軸頸偏向右側(cè)1.09 mm，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彈性變形。轉(zhuǎn)子彈性變形施加給瓦塊的反作用力使軸承左側(cè)下瓦塊受力增大，右側(cè)下瓦塊受力減小，瓦塊載荷減小，使右側(cè)瓦塊穩(wěn)定性變差，運(yùn)行中受到擾動(dòng)后易發(fā)生振動(dòng)［4］，且振動(dòng)方向與Y向振動(dòng)探頭對(duì)應(yīng)。軸頸偏移后瓦塊受力情況見圖4。

圖3 9號(hào)下瓦軸承座洼窩中心記錄數(shù)據(jù)

圖4 軸頸偏移后瓦塊受力情況

在表3中，軸瓦與軸徑間隙左側(cè)為0.63 mm，右側(cè)為0.45 mm，均超標(biāo)。左側(cè)瓦塊頂部間隙超標(biāo)近0.28 mm，由于左側(cè)瓦塊頂部間隙對(duì)應(yīng)的是Y向振動(dòng)探頭，其不平衡性使Y向上的軸振抑制作用減?。?］。

導(dǎo)致瓦塊頂部間隙超標(biāo)原因如下。

a.軸承瓦塊鎢金磨損，造成瓦塊頂部間隙變大。

b.9號(hào)軸瓦采用4塊可傾瓦，其瓦塊用帶球面頭的圓柱支撐。若該支撐發(fā)生變形、損壞，會(huì)造成瓦塊頂部間隙變大［6］。

c.9號(hào)軸頸被磨損變細(xì)，造成瓦塊頂部間隙變大。

針對(duì)以上原因進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軸頸和軸承瓦塊鎢金均沒有磨損情況，檢查瓦塊支撐圓柱見圖5。

圖5 9號(hào)瓦塊支撐塊接觸球面擠壓情況

由于軸頸在長期振動(dòng)沖擊下，發(fā)生支撐塊球面擠壓變大，右側(cè)下瓦和左側(cè)上瓦的支撐塊球面被擠壓變大的痕跡最為明顯（對(duì)應(yīng)Y向的軸振），造成左側(cè)瓦塊頂部間隙超標(biāo)。

由以上分析可知，由于檢修過程中發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對(duì)輪中心存在偏差，使9號(hào)軸頸偏向一側(cè)，造成運(yùn)行中9號(hào)軸承下瓦左右兩側(cè)瓦塊長期一側(cè)受力增大（載荷增大），一側(cè)受力減小（載荷減?。?］。載荷減小的一側(cè)軸瓦穩(wěn)定性變差，運(yùn)行過程中受到較小的激振力就會(huì)產(chǎn)生單側(cè)軸振。運(yùn)行初期，由于軸瓦本身對(duì)軸振抑制較好，振動(dòng)表現(xiàn)不明顯［8］。但長期振動(dòng)沖擊使軸瓦瓦塊背部支撐塊接觸點(diǎn)變大，造成瓦塊頂部間隙變大，對(duì)軸頸振動(dòng)抑制減弱，單側(cè)的振動(dòng)也越來越明顯。

3 處理方法及效果

軸承振動(dòng)問題一般可從如下幾方面進(jìn)行檢查：

a.檢查轉(zhuǎn)子、軸承是否有部件脫落或松動(dòng)現(xiàn)象；

b.檢查軸與軸之間螺栓鏈接是否有異常松動(dòng)現(xiàn)象；

c.檢查軸承載荷、前后軸頸相對(duì)于軸承座洼窩中心數(shù)據(jù)及瓦塊頂部間隙是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；

d.檢查軸承支撐塊的材質(zhì)，表面是否有磨損、開裂現(xiàn)象。

具體處理措施如下：

a.將9號(hào)軸承座向左側(cè)平移1.09 mm，檢查軸頸受力是否均勻，下部兩瓦塊載荷是否均勻；

b.打磨軸瓦支撐圓柱球面，采用在支撐圓柱背面加墊片的方法將瓦塊頂部間隙調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)范圍，增大對(duì)軸振的抑制作用。

處理后，機(jī)組在轉(zhuǎn)速為3 000 r／min、負(fù)荷為623 MW時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，9Y方向軸振為44 μm，9X方向軸振為32 μm，絕對(duì)振動(dòng)為41 μm，9號(hào)瓦溫度為67℃，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是十分復(fù)雜的問題，現(xiàn)場的故障診斷和原因分析應(yīng)注意結(jié)合機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)和檢修經(jīng)驗(yàn)，才會(huì)得到顯著效果。

［1］ 程 健，張 斌.發(fā)電機(jī)軸瓦振動(dòng)的處理［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（10）：24－25.

［2］ 路軍鋒，袁 博，黃潤澤.325 MW汽輪發(fā)電機(jī)組油膜振蕩分析及處理［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（10）：18－19.

［3］ 馬孝棟，趙衛(wèi)華，談?wù)刭t.600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試中的振動(dòng)監(jiān)測與診斷［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（2）：46－49.

［4］ 陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［5］ 肖增弘.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的模糊識(shí)別［J］.東北電力技術(shù)，1996，17（4）：4－5.

［6］ 張宏奎.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)場故障診斷與分析［J］.東北電力技術(shù)，2004，25（1）：24－25.

［7］ 劉 石.新裝超臨界600 MW機(jī)組振動(dòng)問題分析及處理［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（z）：6－7.

［8］ 崔亞輝，張俊杰，陳正飛，等.超超臨界1 000 MW機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)故障分析及處理［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（1）：16－17.

Analysis and Treatment for Shaft Vibration Problems of 670 MW Thermal Power Unit

PEI Hai?feng，WANG Shou?zhu，XUE Xiao?yong
（Huadian Weifang Power Generation Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261204，China）

According to the problems of greater vibration for the generator axletree tile in 670 MW turbine sets，the generator axletree tiles are broke up.Wheel center deviation is caused by bearing unilateral axial vibration which is the main reason by analyzing the data. By moving the box to the left shift，it can ensure two segment at the bottom of uniform load，solve axletree fluctuation and improve the unit operation reliability.This paper can provide an important reference for the similar vibration fault.

Turbine?generator unit；Bush；Vibration；Slip?ring

TM311；TK268

A

1004－7913（2015）10－0045－04

裴海峰（1978—），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)檢修工作。

2015－05－20）