某电厂 2 号机组汽轮机#1轴承振动波动大分析

某 电厂 2 号机组 汽轮机 #1轴承振动波动大分析

付春杰 张创 王大辉

华能海南发电股份有限公司东方电厂 海南东方 572600

摘要：在2020年11月初南方某电厂#2机组汽轮机#1轴承发生几次振动波动大现象，在通过对异常发生前后系统数据进行分析后，判断该异常可能由顺序阀控制下作用在汽轮机转子上汽流力变化引起，或轴承载荷变化导致油膜压力变化引起，或轴瓦变形、磨损引起，并针对相关情况进行提出建议。

关键词：汽轮机；轴承振动；分析；检测

一、机组概况及异常情况介绍

南方某电厂#2机组汽轮机系哈尔滨汽轮机厂与三菱公司联合设计，哈汽自行生产的CLN350-24.2/566/566型，超临界、一次中间再热，单轴，双缸双排汽、反动凝式汽轮机，发电机系哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-350-2 型三相交流隐极式同步汽轮发电机。机组轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子组成，高中压转子和低压转子由刚性法兰联轴器连接。机组共有 6 个支持轴承。高中压缸和低压缸四个支持轴承是由四个键支撑的具有自位功能的可倾瓦轴承，轴承由孔径镗到一定公差的四块浇有轴承合金钢制瓦组成，具有径向调整和润滑功能。发电机两个轴承采用端盖式轴承，即端盖上设有轴承座，由端盖支撑轴承载荷,轴承采用下半两块椭圆式轴瓦。

该机组汽轮机轴振在 2020 年 11 月 3 日至 11 月 10 日运行阶段，#1轴振间隙电压负值多次出现小幅起伏波动变化，#2轴振间隙电压负值较为稳定、无异常波动变化，#1、#2轴振通频值基线值分别为 90um、75um，#1轴振在2020年11月6日、7日运行阶段通频振值出现较大幅度起伏、波动变化情况，通频值变化幅度为 40um 左右，X向振动最高分别达到127um、125um，#2轴振较为稳定、无明显起伏波动变化。异常发生前后，主蒸汽温度566℃、压力13.6MPa，轴封供汽压力35kpa、温度324℃、高压缸上下温差15℃、轴承瓦温最高80℃，主机润滑油温度43.2℃，均处于设计范围内，机组有功负荷177MW，高压缸进汽为顺序阀方式控制，#1、#2、#3调门全开，#4调门开度在13.2%-25.6%之间轻微波动，整体工况比较稳定。

二、异常情况分析及判断

（一）对该轴承的振动频谱及间隙电压分析

机组在正常运行中，保持负荷稳定的情况下，轴承振动的X和Y方向的间隙电压变化很小甚至不变，间隙电压表示轴颈在轴承中的静态位置。轴静态位置在工况不变时一般是不会变化的，而在下列情况下间隙电压可能会发生变化：

1）轴瓦变形或轴瓦有磨损时，间隙电压会发生变化

2）机组由单阀控制切换到顺序阀控制，或顺序阀控制时各调节汽门开度发生变化时间隙电压会发生变化；同时，阀门控制方式的切换以及顺序阀控制下各调门开度的变化也会影响转子位置及轴系中心，进而对工频振动产生一定影响；

3）轴承载荷发生变化引起油膜压力发生变化时，间隙电压会发生变化。

在对该机组的#1、#2轴承的工频振动趋势分析发现，#1轴振在运行阶段振动频谱以工频分量为主，并且在 2020 年 11 月 6 日、7 日运行阶段通频值、工频分量均有明显起伏波动变化，工频分量变化幅度为 34um∠6°左右。#1轴振通频值、工频分量较大幅度起伏、波动变化期间，#1轴振间隙电压负值也有明显起伏波动变化情况，#2轴承无类似情况。

（二）测量方式方面分析

当前，我国汽轮发电机组的转轴相对振动测试中广泛使用电涡流位移传感器。电涡流传感器是一种利用电涡流原理测量物体表面相对于传感器探头间距离变化的非接触式传感器。振动测量中，电涡流位移传感器采集的振动信号包含两部分：一部分为交流分量，既机械振动经测量系统处理后转换的电信号；另一部分为直流分量，即间隙电压，直流分量数值大小取决于传感器测量端面与轴颈被测表面之间距离。

在转轴振动测量中，要求被测表面是光滑的，不能存在明显的表面缺陷。当转轴被测表面存在如螺纹、键槽、金属材质不均匀、润滑通道、划痕、局部剩磁等缺陷时，就会产生虚假信号，进而对真实振动测量值产生较大影响；其中转轴被测表面如果存在明显划痕，振动频谱中会包含稳定的高频分量。

该机组#1轴振X和Y向在运行阶段振动频谱除工频分量为主外还有较大占比3至11倍频高频分量，并且3至11倍频分量无明显变化。

由以上分析判断：

（一）该机组#1轴振在运行阶段，间隙电压负值波动变化同时通频值、1 倍频分量也有明显起伏波动变化，可能为顺序阀控制下作用在汽轮机转子上汽流力变化引起，或是轴承载荷变化导致油膜压力变化引起，或因轴瓦变形、磨损引起。

（二）该机组#1轴振X和Y向在运行阶段所测得的振动信号中可能包含一定高频虚假信号，其中#1轴承处轴颈被测处表面存在轻微损伤或划痕的可能性较大。

三、相关建议

（一）电厂可以通过调节部分设备或参数进一步检测振动波动大原因，如：

（1）适当调节主机润滑油温，在允许范围内通过提高或降低油温变化，检测是否因油温导致#1轴承轴承动态标高变化，进而判断轴承载荷变化，最终导致油膜压力变化引起。

（2）通过改变高调控制方式，切换单阀和顺序阀，或在顺序阀运行方式下修改机组滑压偏置改变#3、#4调门开度，检测变化是否为顺序阀控制下作用在汽轮机转子上汽流力变化引起 。

（3）电厂在停机检修期间条件允许时检查#1轴承顶隙、轴瓦磨损及变形情况，检查#1、#2轴承标高情况，并根据实际情况做适当处理。

（二）电厂在停机检修期间条件允许时，检查#1轴承处轴颈被测表面是否存在损伤、凹痕、划痕、锈斑情况，检测转子被测表面是否存在剩磁情况，以进一步判断#1轴振在运行阶段可能存在的虚假信号原因，并根据实际情况做适当处理。

四、结论

该电厂#2机组汽轮机#1轴承振动波动大的情况，在许多长期运行的汽轮机发电机组中都有发生，在相关的主蒸汽、轴封、油温油压、真空等的参数趋于稳定时，这类异常均是由测量装置和部位损伤引起。轴瓦变形、磨损引起的振动，会持续发生，并随着机组运行时间增加而加剧。

可以判定该机组#1轴承处轴颈被测面存在一定的损伤或划痕等情况，而11月初的某几天发生波动突然变大后又恢复，很可能是该机组的#4调门轻微波动时，汽轮机转子上汽流力有了一定变化，造成测量值的偏差放大。因此，在机组停运时，必须要对相关设备的被测面进行详细检查并加以修复，同时对数据采集、测量的传感器或测量仪等加以校验，提高设备运行的可靠性和数据采集准确度，避免机组出现因轴承振动达到跳机值发生非停的事件。

参考文献：

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[2]杨欢.大型汽轮机故障特征提取方法研究[J].华北电力大学,2011.

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[4]胡念苏.汽轮机设备及系统[M]武汉.武汉大学，2009:11-30.