李艷杰

(神華國華(印尼)南蘇發(fā)電有限公司，南蘇門答臘 穆利 31172)

0 概況

汽輪機(jī)組為超高壓、中間再熱、雙缸、雙排汽、單級(jí)可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)，其型號(hào)：N150/C135-13.24/535/535/0.6865。高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子均為無中心孔整鍛結(jié)構(gòu)。高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子采用剛性靠背輪連接，整個(gè)汽輪機(jī)為三支點(diǎn)支承，前、中、后軸承均為落地支承，有利于各軸承在負(fù)荷分配時(shí)的穩(wěn)定性，同時(shí)也增加軸承剛度。推力軸承位于中軸承箱內(nèi)。低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用剛性連接。機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)采用了較大的軸向間隙和較小的徑向間隙，以滿足變工況的適應(yīng)性及減少漏汽損失，提高機(jī)組效率。汽輪機(jī)軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 汽輪機(jī)軸系結(jié)構(gòu)示意圖

1 異常振動(dòng)

汽輪機(jī)組啟機(jī)時(shí)每個(gè)軸承的軸瓦和軸振的振動(dòng)都在合格范圍內(nèi),但在機(jī)組并網(wǎng)投運(yùn)時(shí)軸承振動(dòng)異常(參見圖2)。3號(hào)軸承振動(dòng)超過報(bào)警值(50 μm),達(dá)到59 μm,振動(dòng)值逐漸增加(見圖3)，最大為92 μm，一直在80～92 μm范圍內(nèi)運(yùn)行，并引起2 號(hào)軸承軸振增大(最大128 μm，報(bào)警值大于125 μm)。同時(shí)，5號(hào)軸承的振動(dòng)也超過報(bào)警值，高達(dá)84 μm，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖2 11月17日軸承振動(dòng)趨勢(shì)線

圖3 11月27日軸承振動(dòng)趨勢(shì)線

2 原因研究

2.1 理論研究

引起振動(dòng)原因有以下幾點(diǎn)：[1]

1)重復(fù)產(chǎn)生力：機(jī)械重復(fù)地因不平衡力、不同心、碰撞對(duì)設(shè)備的不合理作用力。

2)緊力配合不嚴(yán)密：設(shè)備部件緩慢地松脫。

3)共振：多臺(tái)設(shè)備重復(fù)產(chǎn)生力作用力，且該作用力的振幅與設(shè)備的固有振幅一致，將會(huì)越來越強(qiáng)烈，超過振動(dòng)設(shè)計(jì)極限值。

2.2 現(xiàn)狀研究

表1為對(duì)3號(hào)軸承箱、臺(tái)板及部件進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)的位置如圖4所示，檢測(cè)結(jié)果見表2。對(duì)5號(hào)軸承進(jìn)行就地振動(dòng)參數(shù)檢測(cè)，結(jié)果見表3，汽輪機(jī)啟機(jī)、停機(jī)振動(dòng)趨勢(shì)線見圖5、圖6。

圖4 3號(hào)軸承箱振動(dòng)檢測(cè)

表1 機(jī)組140 MW負(fù)荷工況下軸系振動(dòng)情況 μm/μm∠(°)

表2 3號(hào)軸承座振動(dòng)檢測(cè)數(shù)值

表3 5號(hào)軸承座振動(dòng)檢測(cè)數(shù)值

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,各軸承是正常的,經(jīng)分析3號(hào)軸承的瓦振軸振數(shù)據(jù),判斷此處振動(dòng)不是由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)引起的,可能是由于軸承箱的結(jié)構(gòu)或軸承箱上的某個(gè)部件引起的。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，3號(hào)軸承座振動(dòng)傳感器的實(shí)測(cè)值與手持式測(cè)振儀在局部相應(yīng)位置的測(cè)量值基本一致。軸承座的振動(dòng)較大，各測(cè)點(diǎn)的垂直振動(dòng)值較大，水平振動(dòng)值較小。分析每個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂直振動(dòng)、軸承箱點(diǎn)的表面上,有一個(gè)偏差振動(dòng)、軸承基地和臺(tái)板振動(dòng)對(duì)抗軸承座振動(dòng)、軸承支持系統(tǒng)，從高到低振動(dòng)情況不符合的逐漸降低,3號(hào) 軸承支承系統(tǒng)連接剛度、結(jié)構(gòu)剛度差，支撐系統(tǒng)共同作用力的可能。

現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，最大振動(dòng)值是位于盤車電機(jī)處。初步判斷機(jī)組運(yùn)行過程中，可能由于盤車裝置結(jié)構(gòu)振動(dòng)，3號(hào)軸承的振動(dòng)值超過極限。

根據(jù)對(duì)以往機(jī)組振動(dòng)的分析，3號(hào)軸承的軸振動(dòng)與瓦的振動(dòng)有明顯的相關(guān)關(guān)系。由于軸振動(dòng)的激振力的變化，瓦振動(dòng)呈相同的趨勢(shì)變化。從圖5可以看出，3號(hào)和4號(hào)軸承軸低速振動(dòng)達(dá)到80～100 μm，在低壓缸與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器附近振動(dòng)較大。

根據(jù)操作前的維修數(shù)據(jù)分析，由于高壓缸沒有位置變化，則1號(hào)、2 號(hào)軸承位置不能進(jìn)行較大調(diào)整，維護(hù)是針對(duì)3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)軸承調(diào)整,轉(zhuǎn)子軸中心相對(duì)發(fā)生變化,所以不排除軸中心對(duì)軸系振動(dòng)的影響,最終在3 號(hào)軸瓦振動(dòng)體現(xiàn)。同時(shí)由于盤車裝置結(jié)構(gòu)振動(dòng)作用，引起3號(hào)軸承振動(dòng)繼續(xù)增加。

表3的數(shù)據(jù)看出，5號(hào)軸承座振動(dòng)傳感器的實(shí)測(cè)值與手持式測(cè)振儀在局部相應(yīng)位置的實(shí)測(cè)值基本一致。各測(cè)點(diǎn)的垂直振動(dòng)較大，而水平振動(dòng)較小。分析了各測(cè)點(diǎn)的垂直振動(dòng)，認(rèn)為5號(hào)軸承支撐系統(tǒng)連接存在松動(dòng)，可能造成振動(dòng)。由圖6可得，5號(hào)軸承的振動(dòng)達(dá)到55～80 μm時(shí)，振幅分量是主要分量。考慮到穩(wěn)定工況下振幅分量小于80 μm，軸系的振動(dòng)力不大，因此初步判斷5號(hào)軸承的緊固支撐不夠。

拆卸檢修發(fā)現(xiàn)5號(hào)軸承臺(tái)板的間隙較大為0.35 mm;軸承座下部墊片較厚，達(dá)9 mm，容易導(dǎo)致軸承座基礎(chǔ)支撐不穩(wěn)。因此，初步判斷5號(hào)軸承振動(dòng)的主要原因是基礎(chǔ)緊固不足、接觸面間隙大導(dǎo)致。

圖5 機(jī)組3號(hào)、4號(hào)軸承軸振

圖6 滑壓降負(fù)荷5號(hào)軸承軸振趨勢(shì)圖

2.3 數(shù)值研究

2.3.1 數(shù)值模塊研究

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)，對(duì)3號(hào)軸承箱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，建立分析模型(見圖7)，對(duì)軸承箱本體進(jìn)行振幅模態(tài)計(jì)算，利用ANSYS-Workbench模塊進(jìn)行研究。分析3號(hào)軸承箱體模態(tài)計(jì)算結(jié)果(見表4)。發(fā)現(xiàn)機(jī)體不具有50 Hz的頻率，軸承箱機(jī)體的一階模態(tài)大于機(jī)組工作頻率(50 Hz)的10%。根據(jù)軸承箱體模態(tài)最終數(shù)據(jù)，3號(hào)軸承較大振動(dòng)與3號(hào)軸承箱體的結(jié)構(gòu)支撐無關(guān)。

2.3.2 數(shù)據(jù)對(duì)比研究

利用維修機(jī)會(huì)對(duì)軸系進(jìn)行詳細(xì)檢查，軸系中心測(cè)量數(shù)據(jù)見表5。

通過分析表5中的數(shù)據(jù),可以看出,低壓缸與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器運(yùn)行操作過程的對(duì)輪數(shù)據(jù)變化較大,導(dǎo)致減少的總體平衡軸系統(tǒng)的性能,這是3號(hào)軸承異常振動(dòng)的主要原因。綜合分析，軸系參數(shù)變化的主要原因包括螺栓連接緊力不足、維修水平不符合、軸系中心偏差導(dǎo)致。

圖7 原模型一、二階模態(tài)云圖

表4 3號(hào)軸承箱本體振動(dòng)幅度計(jì)算結(jié)果/Hz

表5 軸系參數(shù)調(diào)整對(duì)比表/mm

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 針對(duì)機(jī)組運(yùn)行時(shí)3號(hào)軸承的情況

3.1.1 采取措施

1)盤車裝置電機(jī)底座及其配合面對(duì)研，見圖8中標(biāo)注的位置A，以增加接觸面積，優(yōu)化結(jié)合面;合理選擇底座的墊片，墊片數(shù)量不宜超過3片，以避免造成不良接觸。

圖8 盤車電機(jī)底座調(diào)整示意圖

增加盤車裝置底座鎖緊螺栓的數(shù)量，如圖8位置B所示，提高配合面預(yù)緊力。

2)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，增減負(fù)荷應(yīng)平穩(wěn)，以減少因負(fù)荷大幅波動(dòng)造成碰摩和振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)增大時(shí)，可適當(dāng)降低負(fù)荷，并在升降負(fù)荷過程中密切監(jiān)測(cè)振動(dòng)變化趨勢(shì)。如超過標(biāo)準(zhǔn)DL/T 863-2004《汽輪機(jī)啟動(dòng)和調(diào)試導(dǎo)則》，應(yīng)按處理預(yù)案采取必要的安全措施。

3.1.2 應(yīng)對(duì)結(jié)果

采取以上應(yīng)對(duì)措施后，3號(hào)軸承軸振降低至30 μm以下，達(dá)到良好值。

3.2 針對(duì)機(jī)組停運(yùn)時(shí)5號(hào)軸承的情況(如表6所示)

表6 軸系中心調(diào)整數(shù)值表/mm

3.2.1 應(yīng)對(duì)措施

主要檢查處理5號(hào)軸承座基礎(chǔ)與臺(tái)板間隙超標(biāo)的現(xiàn)狀：軸承墊枕與軸承座之間的接觸要求均勻接觸;軸承箱上下部位的接觸條件應(yīng)均勻、緊密;承重座與平臺(tái)板之間的接觸要求接觸面積大于75%，接觸均勻光滑，墊片不宜太多，連接螺栓的上緊力均勻;基礎(chǔ)土建安裝質(zhì)量好，承力部件牢固，無松動(dòng)現(xiàn)象;墊鐵與基礎(chǔ)臺(tái)版的接觸良好、受力均勻，配合緊密。

3.2.2 采取措施后效果

重新對(duì)汽輪機(jī)軸承基礎(chǔ)、軸系中心調(diào)整，機(jī)組啟動(dòng)后，振動(dòng)良好，各項(xiàng)參數(shù)符合要求，完全可以滿足機(jī)組運(yùn)行的要求。主要振動(dòng)參數(shù)如表7所示。

表7 應(yīng)對(duì)措施后各軸承振動(dòng)數(shù)值/μm

本次采取措施取得了非常好的效果，使機(jī)組能夠滿足安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期的運(yùn)行。

4 結(jié)束語

通過對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組3號(hào)、5號(hào)軸承及軸振動(dòng)異常分析，現(xiàn)場(chǎng)采取加大軸承座剛度、調(diào)整轉(zhuǎn)子中心等措施后，振動(dòng)下降到合格范圍內(nèi)，同時(shí)為同類型機(jī)組提供借鑒方法，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。