浙江國華浙能發(fā)電有限公司 胡劍

600MW機(jī)組軸系過臨界振動(dòng)故障處理措施研究

浙江國華浙能發(fā)電有限公司 胡劍

針對(duì)某型亞臨界600MW機(jī)組啟停過一階臨界時(shí)，2號(hào)、3號(hào)軸承振動(dòng)過大影響啟機(jī)的問題，通過分析認(rèn)為2號(hào)、3號(hào)軸承系統(tǒng)的等效剛度相對(duì)較弱是主要原因之一。采用針對(duì)性措施后，實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)過程中軸振能通過臨界轉(zhuǎn)速，為同類型機(jī)組處理該問題提供一定的參考。

汽輪機(jī)；過臨界振動(dòng)；軸承襯環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；軸承座加固；支承系統(tǒng)等效剛度

軸系過臨界的振動(dòng)主要與不平衡激振力、系統(tǒng)剛度和阻尼等有關(guān)[1-3]。國產(chǎn)某型亞臨界600MW機(jī)組軸系啟停機(jī)過一階臨界時(shí)，存在2號(hào)、3號(hào)軸承的相對(duì)軸振偏大的問題[4-6]（3號(hào)軸承尤其突出），甚至影響了機(jī)組的正常啟動(dòng)，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。以下對(duì)該型機(jī)組軸系2號(hào)、3號(hào)軸承（這兩個(gè)軸承結(jié)構(gòu)相同）的相對(duì)軸振難以通過臨界轉(zhuǎn)速的主要原因進(jìn)行分析，并介紹利用該型機(jī)組的通流改造機(jī)會(huì)，采取的三項(xiàng)針對(duì)性治理措施。尤其是對(duì)軸承襯環(huán)的優(yōu)化及軸承座三角支承加固的措施與以往的研究有所不同。

1 該型機(jī)組#3瓦過臨界軸振特征

1.1 某電廠2號(hào)機(jī)組過臨界振動(dòng)特征

2013年11月18日07:36:00，某電廠的2號(hào)機(jī)組完成A級(jí)檢修后首次沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速升至接近一階臨界轉(zhuǎn)速1600r/min時(shí)，3號(hào)瓦軸振達(dá)到保護(hù)值而跳機(jī)；隨后兩次沖轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至1600r/min時(shí)，振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，3Y基頻振幅達(dá)到325μm；后對(duì)3號(hào)瓦進(jìn)行揭上瓦檢查，對(duì)4號(hào)瓦翻瓦檢查下瓦烏金情況，拆高中對(duì)輪罩檢查對(duì)輪螺栓情況，經(jīng)檢查未見異常。

2013年11月20日，因過臨界的頻率以基頻為主且相位穩(wěn)定，反映出不平衡質(zhì)量是主要激振力。采取動(dòng)平衡方法，以鍵相槽為零點(diǎn)，在3瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向340°加配重1180g，在4瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向340°加配重1173g。加重后于2013年11月21日2:57:00沖轉(zhuǎn)，過一階臨界時(shí)，3瓦X、Y方向振動(dòng)分別為156μm、334μm，所以又打閘停機(jī)。停機(jī)后對(duì)中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行第二次加配重，在3瓦側(cè)120°加配重596g、在4瓦側(cè)120°加配重602g。

2013年11月21日16:00:00，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中3號(hào)瓦振動(dòng)都較平穩(wěn)，過一階臨界時(shí)，3瓦X/Y方向基頻振幅分別為89μm/167μm；轉(zhuǎn)速升至3000r/min時(shí)3瓦X/Y方向通頻振幅分別為66μm/76μm。

表1 某電廠中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加重的影響系數(shù)

圖1 2號(hào)、3號(hào)軸承及軸承座原結(jié)構(gòu)

動(dòng)平衡的影響系數(shù)見表1，在3瓦側(cè)和4瓦側(cè)加相同的配重，影響系數(shù)差別比較大。雖然4瓦結(jié)構(gòu)與3瓦不同，且4瓦側(cè)通過中低對(duì)輪與低壓轉(zhuǎn)子相連之后，對(duì)4瓦的軸振有一定的約束作用，使得4瓦側(cè)對(duì)配重沒有3瓦側(cè)那么敏感，但中壓轉(zhuǎn)子兩端加重的影響系數(shù)正常情況下不應(yīng)該相差那么多，反映出3瓦等效支承剛度較弱使其對(duì)不平衡質(zhì)量很敏感。

圖2 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之前的結(jié)構(gòu)

圖3 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之后的結(jié)構(gòu)

2 故障原因分析

該型亞臨界600MW機(jī)組的2號(hào)、3號(hào)軸承均位于軸承座內(nèi)，由于軸承座包含2號(hào)、3號(hào)軸承以及推力軸承，2號(hào)、3號(hào)軸承靠得很近且結(jié)構(gòu)相同，因結(jié)構(gòu)緊湊而且復(fù)雜，空間比較狹小，給現(xiàn)場的檢修和測量工作帶來了一定的困難，容易對(duì)檢修的質(zhì)量造成較大的影響。如果現(xiàn)場檢修過程中未嚴(yán)格執(zhí)行軸承的安裝工藝標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)導(dǎo)致2號(hào)、3號(hào)軸承過臨界的軸振偏大。

多臺(tái)該型機(jī)組檢修之后，2號(hào)、3號(hào)軸承過臨界的軸振都是以基頻為主，體現(xiàn)出一階不平衡質(zhì)量的影響。

另外，中壓轉(zhuǎn)子是雙分流結(jié)構(gòu)，動(dòng)平衡過程中在中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加的平衡塊質(zhì)量相同，但中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)影響系數(shù)的差別比較大（3號(hào)和4號(hào)軸承的結(jié)構(gòu)并不相同），3瓦的不平衡響應(yīng)很敏感，可推斷出3瓦的等效剛度偏低，在A級(jí)檢修過程中產(chǎn)生一定的不平衡質(zhì)量后會(huì)在3瓦側(cè)引起較大的振動(dòng)。

該型機(jī)組2號(hào)、3號(hào)軸承襯環(huán)為四個(gè)弧面接觸形式，軸承瓦塊對(duì)軸頸的約束下降，是導(dǎo)致2號(hào)、3號(hào)軸承等效剛度偏弱的其中一個(gè)因素（見圖1）。

綜上所述，導(dǎo)致該型機(jī)組2號(hào)、3號(hào)軸承過臨界的軸振偏大的主要原因包括：支承系統(tǒng)等效剛度較弱、檢修后轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量變化。

3 針對(duì)性處理措施及效果

因該型機(jī)組要開展通流改造，故利用通流改造機(jī)會(huì)，對(duì)該故障進(jìn)行治理。

3.1 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化

因2號(hào)、3號(hào)軸承襯環(huán)剛度較弱，故采用有限元方法計(jì)算軸承支架的變形量，并結(jié)合該軸承襯環(huán)結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，對(duì)軸承襯環(huán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。如圖2所示，原襯環(huán)為四個(gè)弧面接觸形式，安裝應(yīng)力對(duì)原襯環(huán)的影響比較大，容易變形。

如圖3所示，軸瓦襯環(huán)經(jīng)過優(yōu)化之后，增大了襯環(huán)的寬度，使襯環(huán)整圈外圓接觸。

如圖4和圖5所示，采用有限元方法計(jì)算了軸瓦襯環(huán)優(yōu)化前后的變形量。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，軸承襯環(huán)改用整圈外圓接觸形式后，除確保安裝時(shí)襯環(huán)外圓受力均勻外，還會(huì)進(jìn)一步限制襯環(huán)的變形量，相當(dāng)于提高了剛度。在同樣給定0.05mm的過盈量的情況下，再加上轉(zhuǎn)子的靜載和動(dòng)載，整圈過盈的襯環(huán)剛性明顯好于只有四個(gè)弧面接觸的原結(jié)構(gòu)。

3.2 軸承座增加三角支承

如圖6所示，改造前2號(hào)、3號(hào)軸承支承采用的是彈性支承，支承板截面最薄處厚度為41.5mm，軸承座的彈性支承剛度相對(duì)較弱，因此在彈性支承的側(cè)面增加三角支承，以進(jìn)一步提高軸承座的剛度。

3.3 提高出廠動(dòng)平衡要求

圖4 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之前的變形量

圖5 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之后的變形量

圖6 軸承座的彈性支承和新增三角支承

圖7 某電廠2號(hào)機(jī)改造后通過一階臨界轉(zhuǎn)速

該型機(jī)組通流改造過程中要更換新的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，故提高新的高、中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡出廠要求，要求新的高、中壓轉(zhuǎn)子在制造廠高速動(dòng)平衡過程中3000r/min下的振動(dòng)＜1mm/s，過臨界振動(dòng)小于制造廠標(biāo)準(zhǔn)的三分之一，盡量減小剩余不平衡質(zhì)量。

3.4 治理效果

以前面的某電廠2號(hào)機(jī)為例，處理后的軸承振動(dòng)見圖7，采用針對(duì)性措施后，啟機(jī)過程中，該機(jī)組的振動(dòng)能通過臨界轉(zhuǎn)速，其中3瓦過臨界時(shí)振動(dòng)通頻幅值由370μm降低到232μm。

4 結(jié) 論

部分600MW機(jī)組在啟機(jī)過一階臨界時(shí)，出現(xiàn)了2號(hào)、3號(hào)軸承的相對(duì)軸振偏大影響機(jī)組正常啟動(dòng)的問題。因此從軸承襯環(huán)、軸承座的結(jié)構(gòu)、中壓轉(zhuǎn)子兩端的動(dòng)平衡影響系數(shù)等方面進(jìn)行了分析，認(rèn)為主要原因是2號(hào)、3號(hào)支承系統(tǒng)的等效剛度較弱、檢修過程中轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的變化。利用通流改造的機(jī)會(huì)，采用有限元方法對(duì)軸承的襯環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并在軸承座增加三角支承、提高出廠動(dòng)平衡精度，實(shí)現(xiàn)了該型600MW機(jī)組啟動(dòng)過程中2號(hào)、3號(hào)軸承的相對(duì)軸振能通過臨界狀態(tài)，為同類型機(jī)組處理該問題提供一定的參考。

[1] 張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 張學(xué)延，張衛(wèi)軍，周亮，等.國產(chǎn)600MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題分析及處理[J].熱力發(fā)電,2006,35(7):44-47.

[3] 張學(xué)延，史建良，李德勇.國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題分析及治理[J].熱力發(fā)電，2009,38(9):1-6.

[4] 劉樹鵬,王延博,宋文希,等.某電廠600MW機(jī)組差脹、振動(dòng)故障診

斷及處理[J].汽輪機(jī)技術(shù),2014,56(6):467-468.

[5] 劉樹鵬,何國安,張學(xué)延.某電廠600MW機(jī)組振動(dòng)故障診斷及處理[J].汽輪機(jī)技術(shù),2012,54(6):467-468.

[6] 陸頌元.600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)缺陷剖析[J].汽輪機(jī)技術(shù),2008,50(2):131-133.

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