沈國(guó)棟，洪久安，段宗偉

（安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232089）

一段時(shí)間以來(lái)，某廠一臺(tái)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行中高中壓轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)了比較異常的低頻抖動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)該機(jī)組發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了測(cè)試，分析了故障原因，并進(jìn)行了治理，取得了比較好的減振效果。

1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

該機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，額定負(fù)荷為600MW。汽輪機(jī)由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子Ⅰ、低壓轉(zhuǎn)子Ⅱ、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)短軸組成，其中發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)短軸為三支撐結(jié)構(gòu)。汽輪發(fā)電機(jī)組由9個(gè)徑向軸承支撐，前6個(gè)軸承均為可傾瓦軸承。高壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承采用落地式軸承座，低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子和低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子兩側(cè)4個(gè)軸承采用座缸式設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承采用端蓋式軸承座。機(jī)組軸系布置如圖1所示。機(jī)組在x和y方向上各裝了一個(gè)軸振測(cè)點(diǎn)，在頂部安裝了一個(gè)軸承座振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。

圖1 600MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系布置圖

2 機(jī)組振動(dòng)情況

2.1 振動(dòng)趨勢(shì)圖分析

圖2給出了正常帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下高壓轉(zhuǎn)子兩端軸振和軸承座振動(dòng)隨時(shí)間變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，高壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸振比較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較小。2號(hào)軸承座振動(dòng)在10～40μm之間大幅度波動(dòng)，和DCS上顯示的振動(dòng)不穩(wěn)定情況相似。2號(hào)軸承座振動(dòng)通頻值波動(dòng)過(guò)程中，工頻值比較穩(wěn)定。2#軸承座振動(dòng)波動(dòng)具有隨機(jī)性，與負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系不大。

圖2 正常運(yùn)行狀態(tài)下高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)趨勢(shì)

2.2 振動(dòng)頻譜圖分析

圖3給出了高壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸振測(cè)點(diǎn)頻譜圖。高壓轉(zhuǎn)子軸振以工頻分量為主，含有少許二倍頻等高倍頻分量，低頻分量很小。

圖3 高壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸振頻譜圖

圖4和圖5給出了振動(dòng)波動(dòng)時(shí)高壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承座振動(dòng)頻譜。振動(dòng)小時(shí)，兩側(cè)軸承座振動(dòng)信號(hào)以工頻為主，含有少許低頻和高倍頻分量；振動(dòng)大時(shí)，兩側(cè)軸承座信號(hào)中工頻已不是主導(dǎo)分量，頻譜中含有大幅度的低頻分量，低頻頻率近似為6．26Hz，相當(dāng)于1/8倍的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。

從頻譜圖上可以看出，引起2瓦振動(dòng)不穩(wěn)定的主要原因是低頻（6．25Hz）。低頻出現(xiàn)后，振動(dòng)變大；低頻消失后，振動(dòng)變小。振動(dòng)波動(dòng)和不穩(wěn)定突出表現(xiàn)在2#軸承座上，受其影響，不穩(wěn)定振動(dòng)現(xiàn)象在1#軸承座上也有所表現(xiàn)。

圖4 振動(dòng)小時(shí)高壓轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)頻譜

圖5 振動(dòng)大時(shí)高壓轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)頻譜

2.3 振動(dòng)波形分析

圖6和圖7給出了振動(dòng)大和振動(dòng)小時(shí)1#軸承座和2#軸承座振動(dòng)波形。從圖上可以看出，振動(dòng)小時(shí)信號(hào)相對(duì)平穩(wěn)，振動(dòng)大時(shí)信號(hào)呈現(xiàn)“抖動(dòng)”特征，含有較大幅度的低頻分量。

如以8個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)峰峰值為依據(jù)，2#軸承座振動(dòng)波動(dòng)時(shí)的實(shí)際振動(dòng)值遠(yuǎn)高于DCS顯示值。以圖5為例，振動(dòng)大時(shí)，2#軸承座振動(dòng)達(dá)到85μm，1#軸承座振動(dòng)達(dá)到30μm。

圖6 振動(dòng)大時(shí)高壓轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)波形

3 不穩(wěn)定振動(dòng)原因分析

3.1 低頻分量來(lái)源分析

2瓦不穩(wěn)定振動(dòng)主要是由于6．25Hz低頻分量所引起的，出現(xiàn)該頻率分量比較異常。雖然軸承座振動(dòng)波動(dòng)時(shí)，軸振沒(méi)有波動(dòng)，但因1#軸承座和2#軸承座上都出現(xiàn)了同樣的振動(dòng)現(xiàn)象，初步判定振動(dòng)信號(hào)是真實(shí)的。

圖7 振動(dòng)小時(shí)高壓轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)波形

大容量超臨界汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子容易發(fā)生因汽流激振而誘發(fā)的不穩(wěn)定低頻振動(dòng)，但是頻率大多為半頻（25Hz）或高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的頻率，不可能這么低。軸承油膜失穩(wěn)也會(huì)產(chǎn)生較大的低頻振動(dòng)。和汽流激振一樣，低頻分量的頻率不可能如此低。

根據(jù)上述分析，可以初步排除由于汽流或油膜引發(fā)的不穩(wěn)定低頻振動(dòng)的可能性。

3.2 軸承結(jié)構(gòu)分析

該機(jī)組2#軸承座采用四瓦可傾瓦結(jié)構(gòu)?？蓛A瓦軸承由4塊澆有巴氏合金的可傾軸承瓦塊、軸承體和軸承殼及其它附件組成。4塊可傾瓦獨(dú)立，互不相通，2個(gè)下瓦塊承受軸頸的載荷，2個(gè)上瓦塊使轉(zhuǎn)子運(yùn)行穩(wěn)定。各瓦塊均用球面調(diào)整墊塊支撐在軸承體上，調(diào)整墊塊球形表面與位于各瓦塊中心的內(nèi)墊片接觸，允許瓦塊轉(zhuǎn)動(dòng)，并與軸頸自動(dòng)對(duì)中。調(diào)整墊片的平面邊緊貼被研磨成所需厚度的外墊片，以保持適當(dāng)?shù)妮S頸間隙。軸承體設(shè)計(jì)制造成對(duì)分的兩半，在中分面處用軸承體定位銷連接，并被嵌入軸承座和軸承蓋的槽中。在進(jìn)行部件組裝時(shí)，各瓦塊借助靠近其端部的臨時(shí)螺栓定位，以便在裝運(yùn)和現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)保持原有位置。為了防止軸承上半部分2個(gè)瓦塊進(jìn)油邊與軸頸摩擦，將該處的烏金刮去一部分，形成一進(jìn)油槽，可傾瓦塊通過(guò)柱銷與殼體相連，并在這2個(gè)瓦塊出油邊安裝彈簧，以起到減振的作用。

如果2#軸承座上半可傾瓦背后的彈簧斷裂，彈簧失去約束效果后，可傾瓦塊的擺動(dòng)幅度就會(huì)較大。當(dāng)瓦塊擺動(dòng)幅度超過(guò)軸承間隙后，就會(huì)導(dǎo)致瓦塊的出油邊與轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰擦，導(dǎo)致振動(dòng)。瓦塊與軸碰擦后，就會(huì)反彈，脫開(kāi)接觸，振動(dòng)又可能減小。如此反復(fù)，極有可能出現(xiàn)這類不穩(wěn)定振動(dòng)。

3.3 故障治理建議

根據(jù)上述分析，決定進(jìn)一步監(jiān)測(cè)2#軸承座瓦振波動(dòng)現(xiàn)象變化趨勢(shì)，同時(shí)制定好故障處理預(yù)案。在正常運(yùn)行和低轉(zhuǎn)速下，監(jiān)聽(tīng)2#軸承座處是否有可傾瓦塊與軸碰撞發(fā)出的異音。如有停機(jī)機(jī)會(huì)，可重點(diǎn)檢查2瓦可傾瓦背后的彈簧是否斷裂以及2#軸承工作狀態(tài)等。

3.4 機(jī)組檢查結(jié)果

機(jī)組又運(yùn)行一段時(shí)間后，振動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，振動(dòng)波動(dòng)的幅度增大，決定利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查。停機(jī)過(guò)程中，2#軸承座處聽(tīng)到了比較明顯的“噠噠噠”碰撞聲音。打開(kāi)軸承檢查，發(fā)現(xiàn)上瓦塊背后的彈簧斷裂，瓦塊出油邊與軸頸碰撞后導(dǎo)致烏金局部出現(xiàn)多處碎裂。更換2#軸承可傾瓦塊背部彈簧后再次開(kāi)機(jī)，低頻振動(dòng)分量消失，振動(dòng)一直比較穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組上發(fā)生的軸承座不穩(wěn)定振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)低頻振動(dòng)是由于可傾瓦與轉(zhuǎn)軸碰撞所引起的。這種發(fā)生在軸承座上的低頻不穩(wěn)定振動(dòng)現(xiàn)象在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械上發(fā)生得比較少，本文研究結(jié)論可供今后其它機(jī)組檢維修分析工作參考。