國(guó)能龍?jiān)措娏夹g(shù)工程有限責(zé)任公司 王 鵬

某超超臨界10 0 0 M W火電機(jī)組發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的水—?dú)洹獨(dú)淅鋮s、靜態(tài)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN2-1120-2，額定轉(zhuǎn)速3000r/min[1]。發(fā)電機(jī)橢圓軸承置于汽、勵(lì)側(cè)端蓋內(nèi)，其軸系布置如圖1所示。本文通過該新建百萬超超臨界火電機(jī)組整套啟動(dòng)期間油膜失穩(wěn)故障的現(xiàn)象、故障原因分析及處理過程，為同類型機(jī)組油膜失穩(wěn)故障處理提供實(shí)踐依據(jù)。

圖1 軸系布置圖

1 油膜失穩(wěn)故障過程介紹

1.1 機(jī)組首次故障跳機(jī)

2022年4月26日，汽輪機(jī)首次沖轉(zhuǎn)定速3000r/min，21:45發(fā)電機(jī)開始進(jìn)行空載試驗(yàn)，過程記錄見表1。00:02:31汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降至600r/min，00:43汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速1.8r/min，惰走時(shí)間共計(jì)62min。汽輪機(jī)跳閘前，發(fā)電機(jī)其他相關(guān)運(yùn)行參數(shù)均保持穩(wěn)定。

表1 發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)過程記錄

1.2 超速試驗(yàn)故障跳機(jī)過程

2022年4月29日11:45進(jìn)行電超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速升高至3045r/min，8X/9X振幅124um/147um，中止試驗(yàn)。11:52電超速試驗(yàn)，8X、9X振動(dòng)大跳機(jī)，最高轉(zhuǎn)速3089r/min。12:33再次進(jìn)行電超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速升高至3096/min，8X振幅升至132um中止試驗(yàn)。12:38時(shí)，2臺(tái)交流油泵運(yùn)行，潤(rùn)滑油壓力0.227 MPa，溫度為47℃，進(jìn)行電超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速最高升至3106r/min，8X振動(dòng)最大162um，中止試驗(yàn)，13:10汽機(jī)打閘。

1.3 振動(dòng)特征

分析TDM和TSI記錄的歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)，首次沖轉(zhuǎn)并定速3000r/min過程中，8X/8Y、9X/9Y振幅最大值為59um/86um、78um/80um。頻譜數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)行中#8、#9軸承軸振在低倍頻分量的作用下上下輕微波動(dòng)，#8、#9軸承軸振幅值及相位見表2。

表2 #8、#9軸承軸振幅值及相位 um um∠°

2022年4月26日，發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)中，#8、#9軸承振動(dòng)振幅在短時(shí)間內(nèi)陡增，振幅達(dá)到高位跳機(jī)后仍繼續(xù)上升。振動(dòng)值達(dá)到最大時(shí)8X、8Y軸振頻譜如圖2所示，9X、9Y軸振頻譜如圖3所示。

圖2 振動(dòng)值最大時(shí)8X、8Y軸振頻譜

根據(jù)2022年4月29日機(jī)組帶負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)波形頻譜數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)#8、#9軸承軸振最大的3個(gè)頻率成分及振幅見表3，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)整油壓對(duì)振動(dòng)影響較小，但提升潤(rùn)滑油溫度時(shí)#8、#9軸承軸振低頻振動(dòng)情況得到顯著改善。

圖3 振動(dòng)值最大時(shí)9X、9Y軸振頻譜

表3 發(fā)電機(jī)#8、#9軸承軸振最大的3個(gè)頻率成分及振幅

2 油膜失穩(wěn)故障特征及原因分析

2.1 油膜失穩(wěn)故障特征

該機(jī)組振動(dòng)大跳機(jī)故障特征主要表現(xiàn)為振動(dòng)突增且波動(dòng)較大、低頻振動(dòng)、對(duì)潤(rùn)滑油溫度變化敏感等。通過對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的頻譜數(shù)據(jù)分析，引起發(fā)電機(jī)#8、#9軸承軸振的主要頻率為0.19倍頻，0.25倍頻和0.38倍頻等，結(jié)合低頻振動(dòng)分量與軸瓦穩(wěn)定性的關(guān)系，診斷屬典型的油膜失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.2 油膜失穩(wěn)故障原因分析

機(jī)組定速3000r/min后#8、#9軸承各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)及參數(shù)穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)備廠家同類型機(jī)組類似情況，初步判定油膜失穩(wěn)源于汽端軸承輕載。為進(jìn)一步查找問題原因，對(duì)可能引起油膜失穩(wěn)的原因逐一排查。通過對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行匝間短路試驗(yàn)，排除發(fā)電機(jī)匝間短路可能性；通過復(fù)查沉降數(shù)據(jù)，對(duì)比發(fā)電機(jī)就位前、發(fā)電機(jī)就位、整套啟動(dòng)沉降數(shù)據(jù)排除沉降不均因素；通過對(duì)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)設(shè)備的灌漿料及灌漿基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求；檢查#8、#9軸承潤(rùn)滑油進(jìn)油管道節(jié)流孔板分別為Φ33mm、Φ30.5mm，符合設(shè)計(jì)及廠家要求。

經(jīng)對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)低壓溢油閥投入正常，軸承進(jìn)、回油量正常，#8、#9軸承解體檢查后確認(rèn)軸承回油口通暢。綜合分析判定#8、#9軸承軸振陡增的主要原因是油膜失穩(wěn)造成的，需通過提高#8軸承的軸瓦載荷進(jìn)而解決油膜失穩(wěn)故障，#9軸承油膜失穩(wěn)為#8軸承故障誘發(fā)所致。

3 油膜失穩(wěn)故障處理及效果

3.1 發(fā)電機(jī)油膜失穩(wěn)處理方案討論

2022年5月11日10:40，機(jī)組盤車裝置、油系統(tǒng)停運(yùn)，進(jìn)行油膜失穩(wěn)故障處理，經(jīng)初步分析可采用僅抬高汽端軸承的方案、減小下半軸承承載面的方案、減小軸瓦頂隙的方案及同時(shí)抬高汽端和勵(lì)端軸承的方案。采用機(jī)械加工或鉗修方法減小下半軸瓦承載面的方案實(shí)施有一定的不確定性，采用機(jī)械加工或鉗修上半軸瓦接合面減小軸瓦頂隙，需同時(shí)加工軸承蓋合縫面，微量機(jī)械加工難度較高，鉗修方法耗時(shí)較多且不可以恢復(fù)，抬高汽端軸承的方案及同時(shí)抬高汽端和勵(lì)端軸承的方案，能夠達(dá)到標(biāo)高調(diào)整的預(yù)期目標(biāo)且可以恢復(fù)原狀?；谏鲜龇治?，機(jī)組第一階段油膜失穩(wěn)故障處理采用僅抬高汽端軸承的方案，因未能徹底解決油膜失穩(wěn)故障，第二階段采用在發(fā)電機(jī)底腳增加墊片的處理方案。

3.2 第一階段油膜失穩(wěn)故障處理及效果

3.2.1 故障處理方案

通過調(diào)整#8軸承環(huán)上的墊片，使該軸承中心抬高0.2mm，整個(gè)過程不拆低發(fā)對(duì)輪，機(jī)內(nèi)排氫置換并處于常壓狀態(tài)。根據(jù)原始施工安裝記錄，使發(fā)電機(jī)汽端軸瓦抬高0.2mm不影響發(fā)電機(jī)油檔梳齒及密封瓦正常運(yùn)行，#8軸承環(huán)墊片調(diào)整如圖4所示。

圖4 #8軸承環(huán)墊片調(diào)整圖

3.2.2 故障檢查及處理過程

解體#8軸承及軸承環(huán)過程中，發(fā)現(xiàn)下半軸承環(huán)底部墊塊邊角與軸承環(huán)槽道根部接觸位置存在加工缺陷，如圖5所示，初步測(cè)量間隙約為0.1mm，下半軸承環(huán)底部墊塊及左右45°墊塊均存在同樣問題。由于軸承環(huán)底部的墊塊與軸承環(huán)之間接觸不實(shí)，造成運(yùn)行中軸承下沉導(dǎo)致軸瓦處荷載下降，該間隙導(dǎo)致軸承與軸承環(huán)在運(yùn)行中無法有效傳遞支撐力至發(fā)電機(jī)端蓋，進(jìn)一步加劇了油膜失穩(wěn)故障。

圖5 軸承環(huán)槽道根部加工缺陷

處理方案為將軸承環(huán)墊塊直角處進(jìn)行倒角，確保墊塊與軸承環(huán)壓實(shí)，消除間隙。完成軸承環(huán)墊片調(diào)整后，對(duì)#8軸承環(huán)各墊塊接觸面進(jìn)行調(diào)整、研磨，接觸面達(dá)到80%以上進(jìn)行回裝，檢查軸承與軸承環(huán)球面接觸情況，復(fù)查#8軸承瓦枕緊力、軸瓦頂隙及側(cè)隙及油擋間隙等并調(diào)整至合格范圍后進(jìn)行回裝，發(fā)電機(jī)汽端、勵(lì)端軸瓦間隙如圖6所示。

發(fā)電機(jī)汽端、勵(lì)端軸瓦間隙原始安裝數(shù)據(jù)及回裝記錄詳見表4。#8軸承回裝完成后對(duì)#9軸承進(jìn)行翻瓦檢查，調(diào)整軸承與軸承環(huán)的球面接觸，確保符合要求后回裝。

表4 發(fā)電機(jī)汽端、勵(lì)端軸瓦間隙原始安裝數(shù)據(jù)及回裝記錄

3.2.3 處理效果

第一階段油膜失穩(wěn)故障處理完成后于2022年5月21日重新啟動(dòng)，機(jī)組在啟動(dòng)升速、定速及并網(wǎng)帶負(fù)荷過程中，機(jī)組軸系振動(dòng)狀況良好，振動(dòng)幅值較穩(wěn)定。定速3000r/min時(shí)通過TDM數(shù)據(jù)查詢，低倍頻振動(dòng)幅值得到很大程度的改善，第一階段故障處理前、后軸心軌跡如圖7、圖8所示。

圖7 第一階段故障處理前軸心軌跡圖

圖8 第一階段故障處理后軸心軌跡圖

2022年5月23日進(jìn)行電超速試驗(yàn)時(shí)再次因#8軸承、#9軸承振動(dòng)大故障跳機(jī)，超速試驗(yàn)過程記錄見表5。

表5 超速試驗(yàn)過程記錄

圖9 轉(zhuǎn)速3189r/min時(shí)#8軸承X向軸振頻譜

通過頻譜數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致#8、#9軸承振動(dòng)故障跳機(jī)主要倍頻分量為0.19X和0.25X，振動(dòng)值超過跳機(jī)值254um后，振動(dòng)幅值仍有上升，隨轉(zhuǎn)速降低油膜失穩(wěn)故障消失。通過TDM調(diào)取機(jī)組轉(zhuǎn)速3189r/min時(shí)#8軸承X向軸振頻譜如圖9所示、#9軸承X向軸振頻譜如圖10所示。

圖10 轉(zhuǎn)速3189r/min時(shí)#9軸承X向軸振頻譜

2022年5月24日進(jìn)行變油溫試驗(yàn)時(shí)，潤(rùn)滑油溫度降低0.5℃時(shí)8X、9X振動(dòng)陡升，潤(rùn)滑油溫停止降低后各項(xiàng)振動(dòng)參數(shù)恢復(fù)正常，#8、#9軸承振動(dòng)趨勢(shì)如圖11所示。

圖11 #8、#9軸承振動(dòng)趨勢(shì)

3.3 第二階段油膜失穩(wěn)故障處理及效果

3.3.1 故障處理方案

圖12 #9軸承及軸承環(huán)實(shí)物圖

通過第一階段處理，油膜失穩(wěn)故障有較大改善，雖未能完全解決，但通過增加#8軸承載荷對(duì)改善機(jī)組低頻振動(dòng)效果明顯，有效緩解了油膜失穩(wěn)故障。發(fā)電機(jī)勵(lì)端#9軸承未設(shè)置調(diào)整墊片，軸承與軸承環(huán)為球面接觸，內(nèi)軸承環(huán)與外軸承環(huán)及外軸承環(huán)與軸承蓋間均為絕緣材料，如圖12所示。綜合考慮第一階段的軸瓦檢查情況及復(fù)裝數(shù)據(jù)，調(diào)整發(fā)電機(jī)標(biāo)高只能在發(fā)電機(jī)底腳加強(qiáng)筋底部加裝墊片。發(fā)電機(jī)汽端、勵(lì)端同時(shí)抬高時(shí)對(duì)#7、#8、#9軸承載荷的影響見表6。

表6 發(fā)電機(jī)汽端、勵(lì)端同時(shí)抬高時(shí)對(duì)#7、#8、#9軸承載荷的影響

3.3.2 故障處理過程

通過兩個(gè)320t的液壓千斤頂與底腳頂起螺栓的配合，緩慢將發(fā)電機(jī)勵(lì)端頂起約0.4mm，將規(guī)格型號(hào)為0.1×130×500mm的墊片置于底腳加強(qiáng)筋正下方，墊片加裝完成后將發(fā)電機(jī)勵(lì)端緩慢落下壓實(shí)，汽端采用同樣方法進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，期間不解開低發(fā)對(duì)輪和低低對(duì)輪。

3.3.3 處理效果

第二階段油膜失穩(wěn)故障處理方案實(shí)施后啟機(jī)定速3000r/min及并網(wǎng)帶負(fù)荷過程中，#7、#8、#9各軸承處軸振動(dòng)參數(shù)較調(diào)整前相同工況有一定幅度的降低，機(jī)組負(fù)荷1005MW時(shí)DCS各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)如圖13所示。

圖13 機(jī)組負(fù)荷1005MW時(shí)DCS各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)

機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行期間，#8、#9軸承軸振低頻分量基本消失，最大值在50um以內(nèi)。在40℃以上范圍進(jìn)行變油溫試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)各振動(dòng)參數(shù)基本保持不變，進(jìn)行3300r/min電超速試驗(yàn)時(shí)故障消除。

4 結(jié)論

根據(jù)TDM及TSI從沖轉(zhuǎn)至帶負(fù)荷期間的歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)、頻譜特征及原始施工安裝記錄，對(duì)故障原因進(jìn)行分析，結(jié)合運(yùn)行參數(shù)調(diào)整及試驗(yàn)，綜合判定發(fā)電機(jī)振動(dòng)為油膜失穩(wěn)導(dǎo)致，軸承環(huán)底部槽道加工缺陷導(dǎo)致墊片接觸不實(shí)使#8軸承穩(wěn)定性下降。經(jīng)多方案對(duì)比采用僅抬高汽端軸承的方案，因未能徹底解決油膜失穩(wěn)故障，第二階段采用整體抬高發(fā)電機(jī)定子進(jìn)而同時(shí)抬高汽端和勵(lì)端軸承的方案進(jìn)行故障處理，有效解決了油膜失穩(wěn)故障。后續(xù)同類型機(jī)組安裝時(shí)可適當(dāng)加大發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器的下張口，增加汽端軸承載荷，同時(shí)嚴(yán)格檢查底腳下部墊片安裝質(zhì)量。此外，可通過調(diào)整降低軸瓦頂隙，增大軸瓦緊力，減小下半軸承承載面、調(diào)整汽機(jī)側(cè)#7軸承標(biāo)高及將橢圓形軸瓦更換為可傾瓦等方案進(jìn)行油膜失穩(wěn)故障處理。