趙 鑫 冀豐強(qiáng) 張 豐 崔彥亭

（1.天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301900；2.大唐華北電力試驗(yàn)研究院，北京 100043）

0 引言

某機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司和哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)型號(hào)為N600-16.7/537/537-I，發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-600-2YH，勵(lì)磁機(jī)型號(hào)為WJL-2442-8。如圖1所示，機(jī)組軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、兩根低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子組成，其中高、中、低壓轉(zhuǎn)子均為雙支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子支承于勵(lì)磁機(jī)11號(hào)軸承上，其他轉(zhuǎn)子各自支承于兩個(gè)徑向軸承上，整個(gè)軸系有11個(gè)軸承。發(fā)電機(jī)軸瓦為兩瓦塊可傾瓦，勵(lì)磁機(jī)末端軸瓦為四瓦塊可傾瓦。

圖1 機(jī)組軸系示意圖

2019年5月，11號(hào)軸承軸振開始出現(xiàn)爬升，10號(hào)軸承軸振由130 μm增大至137 μm，11號(hào)軸承軸振由90 μm增大至123 μm。6月、8月受兩次線路跳閘影響，10號(hào)軸承軸振增大到150 μm，11號(hào)軸承軸振增大到185 μm。至2020年4月，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行中11號(hào)軸承軸振達(dá)210 μm，懷疑線路單相接地和快速重合閘對(duì)發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器產(chǎn)生沖擊，并使其對(duì)中狀態(tài)劣化。7月停備期間對(duì)發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器及螺栓進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，11號(hào)軸承標(biāo)高抬高500 μm。2020年8月3日啟動(dòng)定速后，10號(hào)軸承軸振150 μm，11號(hào)軸承軸振61 μm，9月1日停機(jī)檢修前11號(hào)軸承X向軸振升至105 μm。

11月A修啟動(dòng)過程中，通過發(fā)電機(jī)二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，10號(hào)、11號(hào)軸承軸振最高可達(dá)430 μm，并網(wǎng)后多次因振動(dòng)原因停機(jī)處理，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來了極大壓力。通過對(duì)長期振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行排查分析，確定此振動(dòng)由發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口間隙超標(biāo)引起，最終于2021年10月采取發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡、發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口補(bǔ)焊等措施處理，此后啟動(dòng)過程中臨界轉(zhuǎn)速時(shí)10號(hào)、11號(hào)軸承軸振降低至70 μm，穩(wěn)定運(yùn)行中10號(hào)軸承軸振91 μm，11號(hào)軸承軸振64 μm，這一長期困擾電廠的技術(shù)難題得到解決。

1 A修啟動(dòng)后振動(dòng)不穩(wěn)定原因分析及處理

1.1 振動(dòng)情況

2020-11-29T18：31，機(jī)組第一次沖車時(shí)定速達(dá)到3 000 r/min，10X軸振116 μm，10Y軸振117 μm，11X軸振169 μm，11Y軸振212 μm，振動(dòng)有緩慢爬升趨勢。19：02，振動(dòng)開始快速爬升；19：04，11Y軸振快速爬升至368 μm，運(yùn)行打閘，如表1所示。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)11瓦兩側(cè)下瓦塊的球面墊塊分別磨損500、600 μm，對(duì)其分別補(bǔ)償300、400 μm。

表1 2020年A修后啟動(dòng)過程中振動(dòng)情況

12月2日，機(jī)組第二次沖車，19：56定速時(shí)11號(hào)軸承X向軸振110 μm、間隙電壓-9.6 V，Y向軸振70 μm、間隙電壓-10.0 V，并有緩慢爬升趨勢。12月3日03：38，11號(hào)軸承X向軸振升至160 μm、間隙電壓-10.3 V，Y向軸振190 μm、間隙電壓-10.7 V，如表1所示。嚴(yán)密性試驗(yàn)轉(zhuǎn)速降至臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，11號(hào)軸承X向軸振550 μm，保護(hù)動(dòng)作。

1.2 振動(dòng)原因分析及處理

A修后11號(hào)軸承振動(dòng)主要表現(xiàn)為穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下不同程度的持續(xù)性上漲，早期西屋型亞臨界600 MW機(jī)組存在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子軸承振動(dòng)爬升和不穩(wěn)定振動(dòng)問題，其主要原因?yàn)椋簞?lì)磁機(jī)11號(hào)軸頸晃度較大和發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器連接螺栓緊力不足[1]。本次A修中為處理振動(dòng)問題將發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器中心按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整同心度在0.03 mm以內(nèi)，發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器螺栓全部更換并增加螺栓緊力至2 000 N·m，故可排除上述原因。

從振動(dòng)特征看增加量主要是工頻分量，相位變化27°，由此判斷存在碰磨故障；同時(shí)11號(hào)軸承X、Y向間隙電壓絕對(duì)值分別增大0.7 V。間隙電壓絕對(duì)值增大，11號(hào)軸承標(biāo)高下降，由此推斷碰磨故障只是振動(dòng)爬升的表象，主要原因是轉(zhuǎn)子下沉導(dǎo)致碰磨，軸頸擺動(dòng)大，存在一定的甩尾現(xiàn)象[2]。12月3日，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)11號(hào)軸承油擋頂隙約700 μm，下間隙為0，球面墊塊磨損且出現(xiàn)裂紋，如圖2所示。安裝時(shí)油擋頂隙為150 μm，可知標(biāo)高下降550 μm，主要由球面墊塊磨損引起，其原因?yàn)榍蛎骓斀z與墊塊接觸面積較小，球面墊塊局部受力，容易發(fā)生磨損，過臨界時(shí)軸振嚴(yán)重超標(biāo)，球面頂絲與墊塊接觸面受力增大，加劇了磨損劣化[3]。

圖2 球面墊塊磨損及裂紋

該機(jī)組發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，這種支撐方式下尾部軸承標(biāo)高變化、發(fā)電機(jī)二階不平衡和勵(lì)磁機(jī)本身不平衡對(duì)勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)影響都比較大[4]。12月3日，根據(jù)檢查情況更換球面頂絲、墊塊，按制造廠要求將下張口恢復(fù)至250 μm；由于11號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定性差，多次發(fā)生振動(dòng)爬升現(xiàn)象，為有效控制振動(dòng)，在勵(lì)磁機(jī)平衡槽位置加重100 g。12月4日機(jī)組再次啟動(dòng)并網(wǎng)后，11瓦軸承軸振基本穩(wěn)定在40 μm左右。

2 運(yùn)行中振動(dòng)持續(xù)上漲原因分析及處理

2.1 振動(dòng)情況

2021年7月20日，由于11號(hào)軸瓦磨損振動(dòng)持續(xù)增大，利用停備機(jī)會(huì)進(jìn)行檢查處理。8月7日啟動(dòng)后根據(jù)振動(dòng)情況在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子兩端反對(duì)稱分別加重400 g，啟動(dòng)并網(wǎng)后10號(hào)軸承軸振71 μm，11號(hào)軸承軸振30 μm，運(yùn)行中持續(xù)緩慢上漲，每次升負(fù)荷時(shí)振動(dòng)均出現(xiàn)小幅爬升，降負(fù)荷時(shí)振動(dòng)回落但恢復(fù)不到爬升前數(shù)值。9月10日停機(jī)前，10號(hào)軸承軸振181 μm，11號(hào)軸承軸振91 μm。

由于10號(hào)、11號(hào)軸承臨界振動(dòng)長期在300 μm以上，懷疑發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階振型與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子一階振型相互影響[5]，為排除影響，2021年9月19日，將勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子斷開沖轉(zhuǎn)，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，9號(hào)、10號(hào)軸承軸振分別為46 μm和96 μm，說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階振型平衡狀態(tài)較好，但在2 800 r/min時(shí)出現(xiàn)峰值且以二倍頻分量為主，如表2所示。

表2 歷次啟停機(jī)過程中2 800 r/min時(shí)9號(hào)、10號(hào)軸承二倍頻振動(dòng)情況

鑒于同類型機(jī)組哈爾濱第三發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)護(hù)環(huán)下轉(zhuǎn)子與軸柄過渡圓角處曾發(fā)生過裂紋事故[6]，懷疑轉(zhuǎn)子異常。10月4日將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行高速動(dòng)平衡，3 000 r/min時(shí)9號(hào)軸承軸振41 μm，二倍頻分量19 μm，10號(hào)軸承軸振46 μm，二倍頻分量31 μm。轉(zhuǎn)子返廠前9瓦、10瓦定速時(shí)二倍頻振動(dòng)如表3所示。

表3 歷次定速時(shí)9號(hào)、10號(hào)軸承二倍頻振動(dòng)情況

2.2 振動(dòng)原因分析及處理

由上述振動(dòng)情況可知，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子單試和高速動(dòng)平衡時(shí)均存在一定量的二倍頻，主要原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于開槽，在大齒和小齒方向的抗彎剛度有明顯的不同[7]；斷開勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子后軸系剛度和質(zhì)量均發(fā)生變化，2 800 r/min即1/2三階臨界轉(zhuǎn)速下二倍頻振動(dòng)峰值出現(xiàn)，定速后二倍頻振動(dòng)數(shù)值也明顯增加。

結(jié)合2020年和2021年兩次檢修處理情況，如表4所示，發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口間隙在2020年A修時(shí)超出設(shè)計(jì)值0.027～0.037 mm，2021年檢修時(shí)超出設(shè)計(jì)值0.057～0.077 mm，止口間隙明顯增大。2020年A修中按標(biāo)準(zhǔn)將發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器中心調(diào)整同心度在0.03 mm以內(nèi)，而止口間隙超出設(shè)計(jì)值導(dǎo)致修后運(yùn)行中在離心力作用下出現(xiàn)不同心且不斷增大，同時(shí)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由止口不同心產(chǎn)生的擾動(dòng)力持續(xù)增大導(dǎo)致運(yùn)行中振動(dòng)持續(xù)爬升[8]，并誘發(fā)歷次啟停機(jī)過程中10號(hào)、11號(hào)軸承在勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界時(shí)振動(dòng)超標(biāo)。

表4 2020年和2021年檢修期間發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口間隙情況

2019年發(fā)生兩次線路跳閘，線路跳閘和重合閘時(shí)引起的振蕩扭矩沖擊，在發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器處產(chǎn)生較高的交變扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力，作用于聯(lián)軸器止口并產(chǎn)生剪切損傷，從而導(dǎo)致止口間隙超出設(shè)計(jì)值，引起振動(dòng)增大；修后運(yùn)行中在機(jī)組頻繁的大負(fù)荷變動(dòng)影響下，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力加速了聯(lián)軸器止口磨損，表現(xiàn)為運(yùn)行中振動(dòng)隨負(fù)荷升高上漲，負(fù)荷回落后振動(dòng)恢復(fù)不到上漲前水平且持續(xù)增長的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）引起勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)運(yùn)行中持續(xù)爬升及一階臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)超標(biāo)的根本原因是發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口間隙超標(biāo)。

（2）現(xiàn)場采用更換球面頂絲與墊塊的措施，解決了機(jī)組啟動(dòng)過程中勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)不穩(wěn)定問題。補(bǔ)焊發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口、高速動(dòng)平衡等一系列治理措施實(shí)施后，振動(dòng)長期不穩(wěn)定問題徹底消除。啟動(dòng)后并網(wǎng)運(yùn)行中10號(hào)、11號(hào)軸承未出現(xiàn)振動(dòng)爬升現(xiàn)象，通過勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界時(shí)振動(dòng)均在100 μm以內(nèi)。

（3）由于兩次檢修發(fā)勵(lì)組合晃度測量與回裝數(shù)據(jù)都基本保持一致，現(xiàn)場對(duì)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下發(fā)勵(lì)聯(lián)軸器止口同心度認(rèn)識(shí)不足，給故障根源的準(zhǔn)確判斷帶來了困擾，這是此問題長期得不到解決的主要原因。