滨海#1机组汽轮机机械5#轴承振动大预警分析

滨海#1机组汽轮机机械5#轴承振动大预警分析

李丰均

（滨海热电有限责任公司浙江绍兴312000）

摘要：设备故障预警及状态监测系统是确保汽轮机组稳定运行的重要保障，只有及时快速的分析故障预警诊断单，才能及时消除设备隐患。本文就滨海#1机组汽轮机机械5#轴承振动大预警展开分析，从振动现象入手，结合频谱排查可能原因，并对其逐一进行分析，确定其原因可能为发电机转子存在匝间短路。最后就振动原因提出相应的整改措施。

关键词：故障预警；滨电；振动；匝间短路；汽轮机

0引言

设备故障预警及状态监测系统是确保发电设备安全可靠、运行高效是发电企业的运营核心。发电设备的状态监测和故障诊断，虽然取得了一定的应用效果，但是在实际应用时，很难获得足够的信息来确定当前故障原因，无法达到期望的诊断效果。主要原因一方面是诊断方法单一、缺乏对设备长期运行的高精度历史数据的挖掘；另一方面是故障诊断系统的后续扩展性不好，故障模型维护性较差，无法做到准确的故障定位。

设备故障预警及状态监测系采用先进的智能监测技术，对设备运行状态进行全周期监测。通过数据挖掘技术，对设备运行趋势进行动态智能预测；通过灵活可配的可视化建模工具和多种事故诊断模型，对设备运行状态进行预警、分析，对发生故障的设备进行诊断和定位，并提出控制故障再次发生的措施和建议，减少设备故障率。

1预警诊断单

1.1预警诊断单概要

表1预警诊断单概要信息

1.2预警点详情

表2预警点详情

2原因分析

2.1设备现状

2017年5月至6月#1机进行了A级检修，检修前#5瓦振动，修前修后#5轴承振动曲线对比后并未发现明显区别。

2.2可能原因分析

2.2.1转子质量不平衡

转子质量不平衡是汽轮发电机组最为常见的故障。据有关统计，在现场发生的机组振动故障中，有转子不平衡造成的约占80%，属于转子质量不平衡的将达到90%左右。

转子质量不平衡是指在工程实际中，由于材料的不均匀和设计、制造及安装的偏差，转子的惯性主轴与旋转轴线多少有些偏离。在转子转动中，偏心质量产生的离心力是个不平衡力系，传递到转子的支撑轴承和基础上将产生振动。当转速一定时，离心力的大小正比于质量与偏心距的乘积，在平衡技术中将其称为不平衡量，简称不平衡。

对于转子质量不平衡，我们通常采用对转子进行动平衡实验作为转子加平衡块的依据，通过增减平衡块是转子达到动平衡，本次#1机A修过程中，对转子进行了返厂检修，动平衡实验合格，且转子在A修前后振动并未明显改善或恶化。转子质量不平衡导致的振动以基频（1X）为主，同时，出现较小的高次谐波，整个频谱呈所谓的“枞树形”。

2.2.2转子热弯曲

转子受热后出现的弯曲变形称为热弯曲。热弯曲将导致转子平衡状态的变化，因此热弯曲又称为热不平衡。转子热不平衡是指转子受热后（如机组带有功负荷或发电机转子加励磁电流后）产生附加的不平衡力而出现振动改变的现象。

热弯曲是一种机组较为常见的振动故障，引起热弯曲的原因也是多种多样。针对整个汽轮发电机组而言，可分为两部分来研究热弯曲故障，包括汽轮机转子热弯曲和发电机转子热弯曲。

发电机转子热弯曲故障特征

（1）振动与励磁电流有密切关系。

（2）发电机转子冷却系统不均匀引起热弯曲时，冷却介质入口温度越低，则振动越大；入口温度越高，则振动越小。

（3）发电机转子出现的热弯曲大多是暂态弯曲。

（4）因摩擦效应导致转子出现不均匀轴向力引起的热弯曲，振动的增大具有一定的突发性。

（5）发电机转子热弯曲分为可逆和不可逆两者情况。

汽轮机转子热弯曲的故障特征

（1）特征频率为1X；

（2）振幅不会发生跳跃式的变化，振动的相位不稳定；

（3）振动随转速的变化关系明显；

（4）振动随负荷的变化关系明显；

（5）停机过程的振动会明显高于启动过程

2.2.3动静碰摩

动静碰摩的诊断方式如表3所示：

表3动静碰磨诊断表

2.2.4自激振动

自激振动是由于系统自身的运动诱发的振动，其机理和特点与强迫振动有本质不同。汽轮发电机组自激振动包括轴承自激振动和汽流激振，前者由轴承的油膜力引起，后者由蒸汽力引起。自激振动可分为以下几类：

（1）轴承自激振动

（2）汽流激振

2.2.5转子不对中

转子不对中是汽轮发电机组及辅机设备最常发生的故障之一。当转子系统出现不对中后，在其运动过程中将产生一系列不利于设备运行的动态效应，引起设备的振动、联轴器的偏转、轴承的磨损和油膜失稳、转轴的挠曲变形等，危害极大。

根据国外相关资料介绍，60%-70%的旋转机械振动故障由轴系不对中引起或与之相关。存在不对中故障的汽轮发电机组若长期运行，有可能产生非常严重的后果。

2.2.6其他原因

导致发电机转子振动偏大的可能原因有很多，本文不一一列举，主要还是根据振动的现象和振动波形特定分析和判断振动的原因，并制定相应的方案计划对其进行验证。

2.3振动特点

滨海#1机发电机在运行过程中振动在70~110μm之间波动，振动变化主要与机组无功功率关系明显，如图1所示。当无功功率增大时，5x轴振跟着爬升，当无功功率减小时，5x轴振缓慢减小。

查看TDM数据，5x轴振在70~100μm之间变化时，振动变化主要是以一倍频为主，振动相位变化较小，振动变化如表4所示。从5x振动频谱图中可看出振动主要是一倍频为主。

表4#5轴振相位表

2.4原因确认

1、在大修过程中因为#1、#2对轮中心下张口偏小，对转子中心进行了调整，但是从图二和图三中基本可以排除机组大修对转子的轴承振动的影响。

2、查看历史曲线发现#5轴瓦的振动大问题一直存在，与环境温度、供热流量等相关性并不明显。

3、根据振动变化趋势和频谱分析，发电机5x轴振变化与无功功率关系明显，且振动以一倍频为主，认为5x振动变化是发电机热弯曲造成的。当发电机转子存在匝间短路或冷却不佳时，无功功率增加时造成发电机转子局部热弯曲，热弯曲会造成转子质量不平衡，引起轴振一倍频增大。

3处理建议

（1）停机时检查发电机转子有无匝间短路；

（2）考虑动平衡处理，降低5x轴振基础值。如果查出匝间短路不明显，可考虑动平衡处理。

4结论

根据以上分析，滨海热电#1机#5轴承振动时发电机转子热弯曲造成的。建议在合适的调停机会下检查是否存在匝间短路，若条件不允许可以考录动平衡处理。

参考文献：

[1]滨海集控运行规程正文（2012-4-1）-1.

[2]韩炜强.汽轮机常见振动原因分析.河南濮阳：濮阳龙宇化工有限责任公司，2013.

[3]史洪泉.汽轮发电机组振动原因分析及处理.山东德州：山东华鲁恒升化工股份有限公司，2014.