劉忠源 程實(shí)

摘 要：某電廠6號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組大修后，在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，軸振超標(biāo)，且波動(dòng)較大，振動(dòng)頻譜主要表現(xiàn)為工頻，同時(shí)出現(xiàn)較小的高倍頻成分。經(jīng)診斷，原因?yàn)檗D(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨、機(jī)械松動(dòng)及質(zhì)量不平衡等問(wèn)題，導(dǎo)致軸系振動(dòng)異常。增加暖機(jī)轉(zhuǎn)速及暖機(jī)時(shí)間后，軸系振動(dòng)趨于穩(wěn)定，利用動(dòng)平衡手段成功解決振動(dòng)問(wèn)題。本文給出了詳細(xì)的診斷思路和處理方法，可供解決同類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題參考。

關(guān)鍵詞：軸振;動(dòng)靜碰磨;單點(diǎn)摩擦;暖機(jī);動(dòng)平衡

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）29-0049-03

Abstract： After a power plant's No. 6 steam turbine generator set was overhauled， the shaft vibration exceeded the standard and fluctuated greatly during the start-up process， the vibration frequency spectrum was mainly manifested as power frequency， with small high frequency components appearing at the same time. After diagnosis， the reason was that the rotor had problems such as dynamic and static friction， mechanical looseness and mass imbalance， which caused abnormal shaft vibration. After increasing the warm-up speed and warm-up time， the shaft vibration tended to be stable， and the vibration problem was successfully solved by dynamic balancing. This paper gave detailed diagnosis ideas and treatment methods， which could be used as a reference for solving similar vibration problems.

Keywords： shaft vibration;dynamic and static rubbing;single point friction;warm-up;dynamic balance

汽輪發(fā)電機(jī)組是電力生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備，而振動(dòng)是影響設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重要原因。有研究從不同方面對(duì)汽輪機(jī)軸系出現(xiàn)的各種現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析，如汽輪發(fā)電機(jī)組摩擦引起的突發(fā)性振動(dòng)[1]、汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡[2];有研究分享了電廠特定故障案例的處理方法，如電廠旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)問(wèn)題處理[3]、600 MW超臨界機(jī)組振動(dòng)故障處理[4]、660 MW超臨界機(jī)組試運(yùn)期間發(fā)電機(jī)振動(dòng)故障診斷及處理[5]。引起振動(dòng)增大的原因多種多樣，如何快速識(shí)別故障、查找振動(dòng)原因以及處理是電廠和振動(dòng)專業(yè)人員一直關(guān)心的問(wèn)題。

本文針對(duì)一特定機(jī)組軸系振動(dòng)問(wèn)題，結(jié)合振動(dòng)增大過(guò)程、故障特點(diǎn)以及設(shè)備檢修情況，進(jìn)行詳細(xì)全面的故障分析和診斷，然后采取相應(yīng)的處理措施，實(shí)踐效果良好，可供參考。

1 故障概況

某電廠6號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組是N220-12.75/535/535型超高壓、中間再熱、三缸三排汽、凝汽式機(jī)組，軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)組成。各轉(zhuǎn)子均由2個(gè)徑向軸承支撐，其軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機(jī)組大修后于2019年5月17日啟機(jī)，沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，#2、#3、#4、#9瓦軸振持續(xù)增大，機(jī)組定速3 000 r/min后，振動(dòng)出現(xiàn)較大波動(dòng)。

2 振動(dòng)故障診斷及處理

沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，軸承#2、#3、#4及#9瓦軸振隨轉(zhuǎn)速變化明顯，表現(xiàn)為質(zhì)量不平衡特征;定速3 000 r/min后，振動(dòng)值均存在一定范圍的波動(dòng)，尤其#2、#3、#4軸承較為明顯，從頻譜圖（見(jiàn)圖2）來(lái)看，#2、#3、#4軸承振動(dòng)主要貢獻(xiàn)頻率為1X分量;#2、#3軸承振動(dòng)的1X分量的相位角均較為穩(wěn)定，#4軸承振動(dòng)的1X分量的相位變化明顯。

經(jīng)分析，#2、#3、#4軸承振動(dòng)大的原因有：存在碰磨，且存在單點(diǎn)摩擦;轉(zhuǎn)子存在一定質(zhì)量的不平衡。

制定的處理方案如下：在不帶負(fù)荷的各個(gè)選定工況點(diǎn)運(yùn)行直至振動(dòng)穩(wěn)定，定速并保持穩(wěn)定運(yùn)行30 min;利用電廠DCS以及現(xiàn)場(chǎng)連接的振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備連續(xù)檢測(cè)振動(dòng)，并根據(jù)振動(dòng)特點(diǎn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，跟蹤診斷確定振動(dòng)原因。

5月18日13：12，機(jī)組開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，14：23沖至3 000 r/min，根據(jù)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中軸系振動(dòng)情況，選定高速工況點(diǎn)進(jìn)行暖機(jī)。5月19日9：00，機(jī)組逐步暖機(jī)并達(dá)到3 000 r/min且軸系振動(dòng)趨于穩(wěn)定（見(jiàn)圖3），#2、#3、#4軸承振動(dòng)頻譜均以1X為主，振動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示，符合質(zhì)量不平衡的特征，決定采取現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡減小轉(zhuǎn)子不平衡量。經(jīng)過(guò)計(jì)算，采取多平面聯(lián)合動(dòng)平衡方案，在中低壓對(duì)輪處加重509 g∠240°，在副勵(lì)磁機(jī)末端加重209 g∠327°。5月19日16：00加重完成沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min后，振動(dòng)趨于穩(wěn)定，#2、#3、#4及#9瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)試加重的結(jié)果，經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定如下動(dòng)平衡調(diào)整方案：在中低壓對(duì)輪處加重1 342 g∠360°（去掉原加重），在副勵(lì)磁機(jī)末端加重72 g∠175°（保留原加重）。

從頻譜來(lái)看，#2、#3、#4軸承振動(dòng)頻譜均以1X為主，同時(shí)出現(xiàn)較高的2X、3X倍頻成分，表明質(zhì)量不平衡不是此時(shí)振動(dòng)異常的唯一原因，出現(xiàn)倍頻成分的可能原因包括：中心不良、動(dòng)靜碰摩、機(jī)械松動(dòng)等。查看機(jī)組大修軸系中心調(diào)整的相關(guān)數(shù)據(jù)，排除了軸系中心不良的情況，現(xiàn)重點(diǎn)懷疑中低壓對(duì)輪可能存在機(jī)械松動(dòng)的情況。

基于以上分析，檢查發(fā)現(xiàn)，中低壓對(duì)輪處4條螺栓緊力不夠。通過(guò)檢修數(shù)據(jù)查閱發(fā)現(xiàn)，大修期間對(duì)中低壓對(duì)輪墊片進(jìn)行了修磨，厚度減小300 μm，但復(fù)裝時(shí)，螺栓按照修前數(shù)據(jù)進(jìn)行了復(fù)裝。由于平衡螺栓已加工完成，故仍按照已定方案進(jìn)行調(diào)整加重。

5月20日8：00，機(jī)組加重完成沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，#2、#3、#4及#9瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。

結(jié)果表明，原始振動(dòng)確實(shí)存在松動(dòng)與不平衡振動(dòng)耦合。從調(diào)整加重后的頻譜（見(jiàn)圖4）來(lái)看，#2、#3、#4軸承振動(dòng)頻譜均以1X為主，2X、3X倍頻成分消失，此時(shí)引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常的原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡，決定進(jìn)行再次調(diào)整。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定在中低壓對(duì)輪處進(jìn)行第三次加重840 g∠225°（保留原加重），在副勵(lì)磁機(jī)末端加重58 g∠71°（保留原加重）。

5月20日18：55，第三次加重完成沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，振動(dòng)數(shù)據(jù)如表4所示。

5月21日08：30，機(jī)組負(fù)荷為219 MW時(shí)，軸系振動(dòng)數(shù)據(jù)如表5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

該機(jī)組軸系振動(dòng)的主要原因是大修開(kāi)機(jī)軸系動(dòng)靜單點(diǎn)碰磨、機(jī)械松動(dòng)及質(zhì)量不平衡。由此例可以看出，在機(jī)組發(fā)生動(dòng)靜碰磨時(shí)，頻譜圖中不一定會(huì)出現(xiàn)高倍頻分量，也可能只表現(xiàn)為1X倍頻;機(jī)組發(fā)生振動(dòng)異常時(shí)，動(dòng)平衡手段并不能有效解決所有的振動(dòng)問(wèn)題，還應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，針對(duì)振動(dòng)起因制定處理方案。

振動(dòng)故障診斷及處理是一項(xiàng)綜合技術(shù)。要想正確掌握和應(yīng)用好該技術(shù)，解決現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)問(wèn)題，技術(shù)人員不僅要具備轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)故障機(jī)理、振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析等專業(yè)知識(shí)，還要對(duì)設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)特性等有足夠的了解，更重要的是需要在工程應(yīng)用實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)探索、領(lǐng)悟和積累經(jīng)驗(yàn)。本文介紹的摩擦、機(jī)械松動(dòng)及質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)問(wèn)題處理案例可為今后同類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題的分析和處理提供參考。

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