劉 彰，魏繼龍

(1湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南湘潭 411101;2國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007）

1 機(jī)組概況

某廠4#發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為N25-3.43-10，配套發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFW-30-2C。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值為1690 r/min，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用剛性對(duì)輪連接，軸系尾部外伸端帶有同軸勵(lì)磁機(jī)，1#軸瓦在前箱內(nèi)，2#軸瓦坐落在排汽缸上，3#、4#軸承為落地式結(jié)構(gòu)，軸系結(jié)構(gòu)如圖1示。

圖1 25 MW機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意圖

2 測(cè)點(diǎn)布置

機(jī)組1#～4#軸承垂直方向永久安裝的9200 型振動(dòng)傳感器信號(hào)輸出到控制室儀表柜，并進(jìn)入DCS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)數(shù)據(jù)。為分析發(fā)電機(jī)軸承異常振動(dòng)，在3#、4#軸承垂直和水平方向及4#軸承軸向臨時(shí)安裝9200 型振動(dòng)傳感器測(cè)量發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)，4#軸承內(nèi)側(cè)安裝的光電傳感器與軸上粘貼的反光片配合測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速和振動(dòng)相位。發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)信號(hào)及鍵相位信號(hào)都接入SK4432 振動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)量、分析及存儲(chǔ)處理。

3 發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

3.1 開(kāi)機(jī)帶負(fù)荷過(guò)程發(fā)電機(jī)振動(dòng)情況

2013 年9 月發(fā)現(xiàn)4#發(fā)電機(jī)組振動(dòng)較大，2013 年10 月18 日冷態(tài)開(kāi)機(jī)升速過(guò)程中，通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速（1490 r/min）時(shí)發(fā)電機(jī)3#、4#軸承垂直振動(dòng)最大47 μm，額定轉(zhuǎn)速時(shí)3#、4#軸承垂直振動(dòng)為50 μm、17 μm，4#軸承座頂部軸向振動(dòng)264 μm。

2014 年1 月14 日4#發(fā)電機(jī)組再次冷態(tài)開(kāi)機(jī)（鑒相左側(cè)150°），升速過(guò)程通過(guò)發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)（1500 r/min）3#、4#軸承垂直振動(dòng)為38μm（工頻33 μm/44°）、36 μm（工頻32 μm/38°），額定轉(zhuǎn)速時(shí)3#、4#軸承垂直振動(dòng)為43 μm（工頻39 μm/327°）、27 μm（工頻24 μm/157°），4#軸承座頂部軸向振動(dòng)174 μm。升速過(guò)程汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 冷態(tài)開(kāi)機(jī)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖

圖3 冷態(tài)開(kāi)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承座振動(dòng)伯德圖

從圖2、圖3 可以看出，4#發(fā)電機(jī)組升速過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)?811 r/min 升至2820 r/min，轉(zhuǎn)速僅僅增加了9 r/min，1#瓦振從10 μm（工頻8 μm/112°）突增到15 μm（工頻13 μm/114°），2#瓦振從32 μm（工頻27 μm/289°）突增到48 μm（工頻40 μm/285°），3#瓦振從18 μm（工頻14 μm/315°）突增到23 μm（工頻20 μm/308°），4#瓦振變化較小，其中2#瓦振變化最大。

2014 年1 月14 日15：52 定速3000 r/min，16：01并網(wǎng)帶負(fù)荷，16：33最高負(fù)荷10.3M W，16：39開(kāi)始降負(fù)荷，16：48 負(fù)荷到0，16：52 打閘停機(jī)。從帶負(fù)荷過(guò)程振動(dòng)變化曲線看（圖4），并網(wǎng)瞬間1#～3#軸承振動(dòng)降低，帶初負(fù)荷幾分鐘后振動(dòng)又恢復(fù)正常，振動(dòng)幅值和相位都同時(shí)變化，4#軸承振動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。

根據(jù)機(jī)組振動(dòng)變化情況，決定檢查對(duì)輪螺栓緊力、對(duì)輪同心度，檢查4#瓦球面接觸，要求4#瓦球面與瓦蓋之間緊力取下限值。檢修時(shí)由于對(duì)輪下張口較大，4#軸承座沒(méi)有調(diào)整余量，4#軸承座底部刨去2 mm，檢查調(diào)整2#、3#、4#瓦間隙和緊力，為調(diào)整發(fā)電機(jī)磁力中心，定子向后移動(dòng)了3 mm。

圖4 帶負(fù)荷機(jī)組振動(dòng)變化曲線

3.2 檢修后發(fā)電機(jī)振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

檢修完成后，2014 年1 月27 日開(kāi)機(jī)，升速過(guò)程中發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速下軸承振動(dòng)小于40 μm，額定轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)電機(jī)垂直、水平最大振動(dòng)68 μm，4#軸承座頂部軸向振動(dòng)最大330 μm，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 和圖5。從圖5 可以看出，轉(zhuǎn)速升至2762 r/min 以后，4#軸承座軸向振動(dòng)急劇增加。

表1 高轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)原始值 μm/°

圖5 檢修后開(kāi)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖

由于發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)較大，決定進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。通過(guò)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端風(fēng)扇環(huán)試加平衡配重塊，最后在3#、4#瓦側(cè)平衡槽分別加重292 g（共14個(gè)平衡塊）。升速過(guò)程發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速軸承振動(dòng)最大47 μm，額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承垂直、水平振動(dòng)最大27 μm，4#軸承座軸向振動(dòng)降低到62 μm，轉(zhuǎn)速2780 r/min 以后4#軸承座軸向振動(dòng)仍然迅速增加，振動(dòng)特性并沒(méi)有改變，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、圖6。

表2 動(dòng)平衡后高轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)值 μm/°

圖6 動(dòng)平衡后發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖

3.3 動(dòng)平衡后發(fā)電機(jī)振動(dòng)變化

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡結(jié)束以后，鉚固平衡塊、裝復(fù)發(fā)電機(jī)定子端部小端蓋，1 月29 日共開(kāi)機(jī)3次，前兩次開(kāi)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)3#軸承垂直振動(dòng)約70 μm，調(diào)整3#瓦側(cè)發(fā)電機(jī)風(fēng)檔間隙，第三次開(kāi)機(jī)額定轉(zhuǎn)速下3#軸承垂直振動(dòng)仍然達(dá)60 μm。2 月7 日測(cè)量對(duì)輪同心度合格（0.04 mm），拆下發(fā)電機(jī)兩端小端蓋，檢查所加平衡塊位置正常，恢復(fù)到最后一次加重時(shí)的狀態(tài)。2月8日再次開(kāi)機(jī)，升速過(guò)程中發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)值29 μm，額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)振動(dòng)最大值64 μm，4#軸承座軸向振動(dòng)最大值380 μm，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和圖7。

表3 動(dòng)平衡裝復(fù)后高轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)振動(dòng)大 μm/°

圖7 動(dòng)平衡裝復(fù)后發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)（大）伯德圖

可以看出，發(fā)電機(jī)3#、4#軸承振動(dòng)幅值和相位均發(fā)生了較大變化，振幅增加到動(dòng)平衡前水平，相位與動(dòng)平衡前比較變化約180°。決定取下1 月27 日現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡所加全部重量，2月8日開(kāi)機(jī)升速過(guò)程發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)26 μm，額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)18μm，4#軸承座軸向振動(dòng)53 μm，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4和圖8，停機(jī)后再次升速到額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)振動(dòng)居然變小了。

表4 拆下動(dòng)平衡所加重量發(fā)電機(jī)振動(dòng)很小 μm/°

圖8 拆下動(dòng)平衡所加重量后發(fā)電機(jī)振動(dòng)（?。┎聢D

3.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子第二次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

2014 年6 月30 日冷態(tài)開(kāi)機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下軸承振動(dòng)最大為37 μm（37 μm/34°），從2873 r/min升速到2884 r/min，轉(zhuǎn)速僅增加11 r/min,2#瓦振從24 μm 增加到34 μm。額定轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)電機(jī)3#、4#軸承垂直振動(dòng)最大48 μm，4#軸承座軸向振動(dòng)達(dá)358 μm。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5、圖9。

表5 額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng) μm/°

圖9 發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端分別加重量約300 g（共7 個(gè)平衡塊），3#瓦側(cè)加重位置為110°、4#瓦側(cè)為-70°，額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)3#、4#軸承垂直振動(dòng)最大32 μm，4#軸承座軸向振動(dòng)降低到78μm（見(jiàn)表6、圖10)。

表6 第二次動(dòng)平衡后額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng) μm/°

圖10 第二次動(dòng)平衡后發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)伯德圖

4 發(fā)電機(jī)振動(dòng)分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡過(guò)程中出現(xiàn)如此反復(fù)實(shí)屬罕見(jiàn)，說(shuō)明動(dòng)平衡加重以后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子又出現(xiàn)了新的不平衡，現(xiàn)場(chǎng)唯一發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是3#瓦側(cè)鋁制風(fēng)檔間隙小而引起了動(dòng)靜碰磨，但它不可能產(chǎn)生如此大的振動(dòng)變化，而支撐剛度和軸系中心也不可能反復(fù)變化，最大的疑點(diǎn)就是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部存在松動(dòng)部件。

當(dāng)松動(dòng)部件歸位時(shí)發(fā)電機(jī)振動(dòng)正常，當(dāng)松動(dòng)部件移動(dòng)到其它位置時(shí)發(fā)電機(jī)振動(dòng)增大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀況不穩(wěn)定，這與之前現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員反映的和之后表現(xiàn)出來(lái)的每次開(kāi)機(jī)時(shí)機(jī)組振動(dòng)不一樣也是基本吻合的。

5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢查及處理結(jié)果

2018 年11月對(duì)4#發(fā)電機(jī)組大修，抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以后，發(fā)現(xiàn)3#瓦側(cè)護(hù)環(huán)部位一絕緣墊塊松動(dòng)。

轉(zhuǎn)子送到南汽拆掉兩端護(hù)環(huán)，發(fā)現(xiàn)多個(gè)絕緣墊塊開(kāi)裂、松動(dòng)、變形或移位。對(duì)端部墊塊進(jìn)行了塞緊處理，對(duì)中間開(kāi)裂墊塊進(jìn)行了整體更換，轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡試驗(yàn)合格，回廠安裝后投入運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)正常。

6 結(jié)論與建議

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣墊塊開(kāi)裂、松動(dòng)、變形或移位，對(duì)電氣參數(shù)沒(méi)有影響，一般只會(huì)影響轉(zhuǎn)子機(jī)械性能，在發(fā)電機(jī)升降速和負(fù)荷調(diào)整過(guò)程，會(huì)引起軸承振動(dòng)變化，發(fā)生因振動(dòng)大而非計(jì)劃停機(jī)事故，現(xiàn)場(chǎng)往往采用在線動(dòng)平衡的方法來(lái)解決，處理時(shí)間長(zhǎng)且不確定。為了避免類似事件的發(fā)生，建議發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定期抽芯檢查與檢測(cè)。