李衛(wèi)軍，吳文健，應(yīng)光耀

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

某臺(tái)630 MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)診斷及處理

李衛(wèi)軍，吳文健，應(yīng)光耀

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

對(duì)某臺(tái)630 MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子的異常振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果表明：低壓轉(zhuǎn)子存在原始不平衡或熱不平衡且動(dòng)靜間隙偏小、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的熱不平衡，引起低壓轉(zhuǎn)子不同程度的動(dòng)靜碰磨，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子軸振異常。通過(guò)在低壓轉(zhuǎn)子與汽發(fā)對(duì)輪上同時(shí)加重的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)整，徹底解決了該振動(dòng)問(wèn)題，可為630 MW機(jī)組的振動(dòng)故障診斷提供參考。

630 MW機(jī)組；低壓轉(zhuǎn)子；異常振動(dòng)；碰磨；動(dòng)平衡

0 引言

隨著汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通流改造技術(shù)可顯著提高機(jī)組的效率，是火電機(jī)組節(jié)能減排的重要措施。在蒸汽流量不變的情況下，600 MW亞臨界機(jī)組銘牌出力可改造為630 MW機(jī)組，其安全可靠性均有所提高。但改造后的部分機(jī)組在調(diào)試或運(yùn)行過(guò)程中，因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨等振動(dòng)故障[1，2]，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，浙江省已完成5臺(tái)某型機(jī)組的改造，其效率、可靠性均有明顯的改善。但有1臺(tái)改造后的630 MW機(jī)組在調(diào)試及運(yùn)行過(guò)程中，低壓LPB轉(zhuǎn)子軸振存在波動(dòng)較大的異常情況，影響其安全可靠性。通過(guò)對(duì)機(jī)組軸系振動(dòng)測(cè)試及分析，認(rèn)為L(zhǎng)PB轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜碰磨為主要原因，并采用動(dòng)平衡，徹底處理了該機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題，軸系振動(dòng)為優(yōu)良并且很穩(wěn)定。

1 機(jī)組概述與振動(dòng)現(xiàn)象

1.11 號(hào)機(jī)組概述

2016年，某廠1號(hào)機(jī)組開展通流改造，改造后汽輪機(jī)型號(hào)為N630-16.7/538/538-1，為亞臨界一次再熱式、四缸四排汽、單軸凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)高、中、低壓轉(zhuǎn)子由剛性聯(lián)軸器聯(lián)接并支撐在8只徑向軸承上，其中1—4號(hào)軸承為可傾瓦結(jié)構(gòu)，5號(hào)軸承為三瓦塊可傾瓦軸承，6—8號(hào)軸承為圓筒軸承，發(fā)電機(jī)軸承為可傾瓦軸承。其軸系布置如圖1。

圖1 機(jī)組軸系布置示意

為了提高低壓缸效率及安全可靠性，低壓缸進(jìn)行了技術(shù)改造，具體措施為：

（1）葉片改型。低壓缸通流采用雙向反動(dòng)式壓力級(jí)，為2×7級(jí)，末級(jí)采用1 050 mm的長(zhǎng)葉片。

（2）缸體加固。600 MW亞臨界機(jī)組在改造前低壓轉(zhuǎn)子的缸體較弱，真空變化時(shí)，低壓轉(zhuǎn)子易發(fā)生動(dòng)靜碰磨現(xiàn)象[3]。在改造過(guò)程中，對(duì)低壓缸進(jìn)行了加固，以提高低壓缸的剛度。

（3）凝汽器的改造。凝汽器由原來(lái)的單背壓、雙流程改為雙背壓、單流程。

1.2 振動(dòng)現(xiàn)象及特征

該機(jī)組通流改造結(jié)束后，2016年9月8日首次啟動(dòng)中，19∶00定速2 450 r/min進(jìn)行中速暖機(jī)；19∶40后的1 h內(nèi)，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振分別由41 μm和46 μm爬升至64 μm和70 μm，隨后逐漸降低至42 μm和45 μm。在2 950 r/min的閥切換中，7號(hào)、8號(hào)軸振在2 min內(nèi)快速分別由52 μm和91 μm爬升至122 μm和173 μm，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，振動(dòng)趨勢(shì)見圖2。

圖2 首次啟動(dòng)中8Y振動(dòng)變化趨勢(shì)

表1 該機(jī)組Y向軸振數(shù)據(jù)

7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振爬升極快，6號(hào)瓦、9號(hào)瓦的振動(dòng)變化量較小，認(rèn)為振動(dòng)故障在低壓LPB轉(zhuǎn)子（下文簡(jiǎn)稱LPB轉(zhuǎn)子）。7號(hào)瓦、8號(hào)瓦爬升過(guò)程為時(shí)2 min，以1X分量為主，振動(dòng)變化不是突變性振動(dòng)，可排除轉(zhuǎn)子部件脫落或?qū)嗗e(cuò)位等故障，確認(rèn)LPB轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜碰磨[4]。

9月9日03時(shí)定速3 000 r/min并進(jìn)行電氣試驗(yàn)期間，低壓LPB轉(zhuǎn)子軸動(dòng)較穩(wěn)定。9月9日20時(shí)并網(wǎng)，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振在11 min內(nèi)分別爬升至195 μm和180 μm，和前一次的振動(dòng)快速爬升情況極其相似，致使機(jī)組跳機(jī)，數(shù)據(jù)見表1。

9月10日04時(shí)定速3 000 r/min，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)分別穩(wěn)定在80 μm和60 μm。降低機(jī)組真空，即真空由-96 kPa降低至-92 kPa；調(diào)整機(jī)組軸封汽溫度，將軸封汽溫度由142℃提高至162℃，機(jī)組振動(dòng)較穩(wěn)定，在帶10%負(fù)荷5個(gè)多小時(shí)后，順利完成閥門汽密性試驗(yàn)和超速試驗(yàn)。機(jī)組發(fā)生動(dòng)靜碰磨后，調(diào)整軸封汽溫度、真空等，均可使低壓轉(zhuǎn)子軸振減小或趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步驗(yàn)證了機(jī)組的振動(dòng)爬升為低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨。

該機(jī)組在9月12日后的帶負(fù)荷過(guò)程中，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振分別在80～94 μm和83～104 μm波動(dòng)，且以1X分量為主。分析認(rèn)為L(zhǎng)PB轉(zhuǎn)子發(fā)生輕微動(dòng)靜碰磨或軸瓦不穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)整真空、軸封汽溫度等，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振雖在波動(dòng)，但未發(fā)生大幅波動(dòng)現(xiàn)象，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 該機(jī)組帶負(fù)荷過(guò)程Y向軸振數(shù)據(jù)

2 原因分析

該機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，7號(hào)、8號(hào)瓦軸振存在快速爬升或波動(dòng)現(xiàn)象，其原因?yàn)椋狠S封汽溫度、真空等不匹配、轉(zhuǎn)子的軸端汽封間隙偏小、轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡等，均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨，引起軸振爬升或波動(dòng)現(xiàn)象。分析如下：

2.1 LPB轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙較小

為了提高低壓缸效率，在通流改造、軸封改造中，軸封、汽封與轉(zhuǎn)子的間隙設(shè)計(jì)值偏小，這給機(jī)組的安裝、運(yùn)行帶來(lái)了一定的難度。若轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙較小，在機(jī)組運(yùn)行中，諸如軸封汽溫度、真空等運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行工況不匹配，誘發(fā)動(dòng)靜碰磨，振動(dòng)略微爬升后，容易發(fā)生嚴(yán)重的動(dòng)靜碰磨，致使低壓轉(zhuǎn)子軸振快速爬升，甚至導(dǎo)致停機(jī)，這和該機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象一致。

由表1可知，機(jī)組第一次、第二次動(dòng)靜碰磨，低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)爬升時(shí)間分別為2 min和11 min，振動(dòng)爬升至173 μm和195 μm。這表明，動(dòng)靜碰磨發(fā)生后，動(dòng)靜間隙有所增大，后期的碰磨強(qiáng)度已有所減弱。

2.2 低壓轉(zhuǎn)子存在不平衡現(xiàn)象

低壓轉(zhuǎn)子的軸振略大時(shí)，容易出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨。該機(jī)組定速3 000 r/min時(shí)，低壓LPA轉(zhuǎn)子、低壓LPB轉(zhuǎn)子的最大軸振分別為60 μm和80 μm，且以1X分量為主。LPA轉(zhuǎn)子軸振較小，相對(duì)較穩(wěn)定，未發(fā)生動(dòng)靜碰磨；而LPB轉(zhuǎn)子軸振相波動(dòng)較大，發(fā)生了2次嚴(yán)重的動(dòng)靜碰磨，表現(xiàn)為7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振大幅爬升。經(jīng)計(jì)算，低壓LPB轉(zhuǎn)子上存在一定的不平衡量，且嚴(yán)重動(dòng)靜碰磨后，其不平衡量有所增大。

該機(jī)組在帶負(fù)荷過(guò)程中，LPB轉(zhuǎn)子發(fā)生輕微動(dòng)靜碰磨，前期較輕微。在機(jī)組溫升試驗(yàn)后，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱不平衡，7—10號(hào)瓦振動(dòng)略增大，低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨有所加重，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)波動(dòng)頻繁且振動(dòng)變化量有所增大。經(jīng)計(jì)算，不同工況下，低壓LPB轉(zhuǎn)子上的不平衡量基本不變，表明碰磨程度較輕，未產(chǎn)生明顯的熱不平衡。

2.3 低壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速對(duì)碰磨的影響

在機(jī)組升降速過(guò)程中，測(cè)定轉(zhuǎn)子升速與降速過(guò)程的軸振值，根據(jù)波特圖或奈奎斯特圖確定其臨界轉(zhuǎn)速。該機(jī)組8號(hào)瓦在超速前后的波特圖見圖3、圖4（其它軸振波特圖相似，不再列舉），該型2臺(tái)改造機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速如表3。

由圖3、圖4可知，LPB轉(zhuǎn)子的1階臨界轉(zhuǎn)速為1 580～1 710 r/min，并存在2 910～2 970 r/min的臨界轉(zhuǎn)速，這與超速試驗(yàn)后的波特圖相吻合。廠家的資料顯示：低壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速為1 600 r/min，葉片的共振轉(zhuǎn)速在1 900～2 280 r/min及2 600～2 910 r/min范圍內(nèi)。根據(jù)波特圖，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速為2 910～2 970 r/min；勵(lì)磁機(jī)小軸在2 910～2 970 r/min的振動(dòng)均較小，且轉(zhuǎn)子質(zhì)量較低壓轉(zhuǎn)子輕很多，也不足以誘發(fā)低壓轉(zhuǎn)子的大振動(dòng)。因此，低壓轉(zhuǎn)子確實(shí)存在2 910～2 970 r/min范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速，接近3 000 r/min。

圖3 軸振8X波特

圖4 軸振8Y波特

表3 2臺(tái)機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速r/min

LPB轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速接近3 000 r/min，即轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動(dòng)和共振振動(dòng)頻率較近，轉(zhuǎn)子軸振不穩(wěn)定裕度降低，轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨，出現(xiàn)嚴(yán)重動(dòng)靜碰磨的概率會(huì)增大。一方面，轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速附近發(fā)生動(dòng)靜碰磨，碰磨效應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)軸熱彎曲，將會(huì)增加碰撞程度[5]。另一方面，碰磨產(chǎn)生的熱彎曲使得轉(zhuǎn)子附加一熱不平衡量，軸振相應(yīng)會(huì)增大，因動(dòng)靜間隙較小，會(huì)使動(dòng)靜碰磨程度加劇，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸振快速爬升。

2.4 發(fā)電機(jī)軸振變化對(duì)低壓LPB轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響

該機(jī)組在2016年9月20日的發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)中，9號(hào)瓦、10號(hào)瓦軸振分別爬升13 μm，17 μm，以1X分量為主；且有一定的滯后性。機(jī)組在大電流工況下，因?yàn)闊崦洸粫场⒒茖优蛎浭茏璧纫蛩?，轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了一定量的熱態(tài)不平衡；該機(jī)振動(dòng)變化量較小，表明熱不平衡量較小，數(shù)據(jù)見表4。對(duì)低壓轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱不平衡相當(dāng)于其外伸端出現(xiàn)了不平衡量，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子軸振有所增大。在2016年9月20日溫升試驗(yàn)后，7號(hào)瓦、8號(hào)瓦振動(dòng)值有所增大，波動(dòng)幅度更大，8號(hào)瓦最高爬升至110 μm，且波動(dòng)更頻繁，數(shù)據(jù)見表5。

表4 機(jī)組溫升試驗(yàn)中Y向軸振數(shù)據(jù)

表5 機(jī)組溫升試驗(yàn)后部分Y向軸振數(shù)據(jù)

綜上分析，原始不平衡、動(dòng)靜碰磨產(chǎn)生的熱不平衡、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱不平衡量的共同作用，導(dǎo)致LPB轉(zhuǎn)子的軸振較大。低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙較小，在運(yùn)行中，時(shí)而發(fā)生動(dòng)靜碰磨，導(dǎo)致7號(hào)瓦、8號(hào)瓦軸振容易波動(dòng)。

3 振動(dòng)處理

根據(jù)上述分析，采用振型分離法結(jié)合動(dòng)平衡計(jì)算技術(shù)，實(shí)施準(zhǔn)確的動(dòng)平衡，減小LPB轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)軸振，可解決該振動(dòng)問(wèn)題。

LPB轉(zhuǎn)子在不同工況下軸振的1X分量為反相，且其二階臨界轉(zhuǎn)速接近3 000 r/min，以二階振型下的不平衡為主，可在低壓轉(zhuǎn)子缸內(nèi)施加反對(duì)稱型配重或單端配重。而發(fā)電機(jī)的軸振以同相分量為主，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速為3 000 r/min；而發(fā)電機(jī)的實(shí)測(cè)一階、二階臨界轉(zhuǎn)速分別為830 r/min和2 040 r/min。表明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在一階或三階型的熱不平衡，應(yīng)在發(fā)電機(jī)外伸端加重。汽發(fā)對(duì)輪作為低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的共同外伸端，對(duì)降低發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)的振動(dòng)均有較好的減振效果。

利用該機(jī)組9月28日—10月9日的檢修期，在LPB轉(zhuǎn)子缸內(nèi)汽側(cè)輪轂上、汽發(fā)對(duì)輪上同時(shí)加重，加重量分別為0.570 kg∠210°和0.40 kg∠120°。10月9日，機(jī)組在加重后的啟動(dòng)過(guò)程中，7—10號(hào)瓦的振動(dòng)均小于50 μm，且很穩(wěn)定，該機(jī)組能安全可靠地穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 該機(jī)組動(dòng)平衡后Y向軸振數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某廠1號(hào)機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)試分析、診斷及處理，將該機(jī)組的振動(dòng)降低至優(yōu)良，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)論如下：

（1）低壓轉(zhuǎn)子軸振大且波動(dòng)的原因?yàn)榈蛪恨D(zhuǎn)子的動(dòng)靜碰磨，其誘因?yàn)榈蛪恨D(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙偏小，存在一定的原始不平衡或熱不平衡。低壓轉(zhuǎn)子的某階臨界轉(zhuǎn)速接近3 000 r/min，其軸系穩(wěn)定性較差，加劇了其動(dòng)靜碰磨的程度。

（2）發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了一定的熱不平衡，低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)的振動(dòng)略有上升，加劇了LPB轉(zhuǎn)子軸系不穩(wěn)定。

（3）采用動(dòng)平衡有效降低了LPB轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值，低壓LPB轉(zhuǎn)子軸振小于50 μm且很穩(wěn)定。

[1]李衛(wèi)軍，吳文健，蔡文方，等.某軸向拂汽式汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的分析及處理[J].浙江電力，2015，34（11）∶8-11.

[2]徐曉峰.600 MW機(jī)組通流改造后振動(dòng)故障診斷及治理[J].安徽電力，2016，33（1）∶1-3.

[3]吳文健，童小忠，應(yīng)光耀，等.浙江省內(nèi)國(guó)產(chǎn)化600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)綜合處理.浙江電力，2010，29（10）∶28-31.

[4]李榮義，李小軍，陸頌元，等.兩臺(tái)大型機(jī)組動(dòng)靜碰磨故障現(xiàn)場(chǎng)分析及診斷[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，9（6）∶440-442.

[5]王士敏，陸啟韶，等.轉(zhuǎn)子通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)碰摩熱效應(yīng)對(duì)振動(dòng)特性的影響[J].動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)，2004，2（3）∶64-68.

[6]魏繼龍，杜君文，劉俊漢，等.600 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定振動(dòng)分析及控制[J].中國(guó)電力，2004，2（3）∶64-68.

（本文編輯：徐晗）

Diagnosis and Treatment on Abnormal Vibration of Low-pressure Rotors of 630 MW Units

LI Weijun，WU Wenjian，YING Guangyao
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The abnormal vibration of low-pressure rotors of 630 MW units is tested.The result shows that there is initial unbalance or thermal unbalance in the rotors；besides，the kinetic-static clearance is small，and thermal unbalancing of the rotors results in rubbing of low-pressure rotor and the abnormal shaft vibration. The abnormal vibration is thoroughly eliminated by on-site dynamic balancing of low-pressure rotors and wheels of turbine and generator，which can be used as reference for the fault diagnosis of 630 MW units.

630 MW units；low-pressure rotor；abnormal vibration；rubbing；dynamic balancing

項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51275452）；國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0054-04

2016-12-08

李衛(wèi)軍（1975），男，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)故障診斷及處理工作。