基于600MW汽轮机组轴系检修分析

基于 600MW汽轮机组轴系检修分析

郝小军

内蒙古上都发电有限责任公司

内蒙古 锡林郭勒盟 027200

摘要：摩擦振动的发生往往比较剧烈，并且振动发散得比较快。动静接触部分产生的热应力造成转子热弯曲，而热弯曲使振动加剧，将造成摩擦进一步加重，形成越磨越弯的恶性循环，如果热应力超过转子材料的屈服极限，将引起转子的永久弯曲，严重的碰摩甚至会引起轴系破坏事故，造成严重的经济损失。因此，识别摩擦振动的特征并及时采取正确的应对措施，对防止机组出现轴系破坏事故具有十分重要的意义。

关键词：汽轮机组；轴系检修；措施

前言

汽轮机的振动水平是评价汽轮机组运行可靠性的重要指标。汽轮机组振动超过一定限值时，对汽轮机组设备的危害很大，因此及时诊断振动原因，消除异常振动，是确保汽轮机组安全稳定运行的重要保障。

1汽轮机振动异常常见原因及解决措施

1.1转子质量不平衡

汽轮机异常振动的最常见原因是转子质量不平衡，其特点是振幅与不平衡质量成正比，振动频率与转子振动频率一致，振幅和相位与负荷无关，且基本保持不变。转子质量不平衡导致汽轮机振动的发生概率高，一般只需找平衡即可解决。

1.2轴系中心不正

轴系中心不正的主要原因是联轴器不同心、轴承不对中。轴系中心不正引起汽轮机异常振动的特点是振动频率与转速频率相同，特殊情况下含有转速频率的2倍成分，且与机组工况无关。在机组检修或安装时应严格按照厂家要求完成轴系联轴器中心调整，以避免轴系中心不正引起的汽轮机振动。

1.3电磁激振

电磁激振引起汽轮机异常振动的特点主要表现为振动在并网后投入励磁系统才出现，退出励磁系统后则振动消失，且振动随着励磁电流的增加而增大，振动频率为工频或2倍频。电磁激振引起的汽轮机振动可通过调整励磁电流缓减。

1.4油膜自激振荡

油膜自激振荡是汽轮机转子在轴承油膜上高速旋转时，丧失动力稳定性的结果。油膜自激振荡引起汽轮机异常振动的特点是振动频率为一阶临界转速频率，且不随转速的变化而变化。油膜自激振荡一般通过调整轴承间隙或更换稳定性更好的轴承解决。运行中的机组可通过提高润滑油进油温度、启动顶轴油泵进行干扰等措施来缓减油膜自激振荡引起的振动。

1.5汽流激振

由汽流激振引起的汽轮机异常振动的主要特征是振动频率以1/2工作频率为主，振动受运行参数影响明显，振动增大呈突发性，且具有良好的重现性，有时与调节汽阀的开启顺序及开度有关。汽轮机汽流激振主要从减小蒸汽激振力和提高轴系稳定性两方面解决。造成汽流激振的原因很多，要找到机组汽流激振的根本原因，才能针对性地将其消除。

1.6转子弯曲

转子弯曲分永久性弯曲和弹性热弯曲。由转子永久性弯曲造成的汽轮机异常振动特征与转子质量不平衡相似。由热不稳定性引起的转子弹性热弯曲造成汽轮机异常振动特征主要表现为振幅与负荷成正比，振幅变化滞后于负荷变化，滞后时间取决于转子结构、质量及蒸汽参数。转子受热不均造成的弹性热弯曲，可通过延长盘车时间，待转子温度分布均匀后消除；如果转子是永久性弯曲，则只能进行直轴处理。

2机组振动诊断及处理

机组各测点的振动数据采集是利用美国NI公司生产的SK9172型便携式振动测试分析仪，利用此套仪器从机组的TSI中引出各测点的振动数据，采集分析系统对振动信号进行处理后，可动态显示和储存包括波德图、频谱图等在内的一系列振动数据，为机组的振动故障的诊断、动平衡试验等提供技术支持。

现场对发电机6号轴承处进行检查，发现发电机励磁机小间内存在异音，随后打开励磁机小间发现转轴处夹杂大量碎纸屑，经过现场确认，这是由于励磁小间进行油漆粉刷时，为防止油漆滴落而对转轴用纸进行包裹，粉刷工作结束后未对纸屑进行清理，导致机组启动后纸屑卷入，现场纸屑清理完毕后，6号轴承振动迅速回落至正常值，机组重新定速机组进行摩擦检查，振动正常后继续升速，随着转速上升5号轴承X向、Y向振动开始上涨，转速达到1510r／min时，5号轴承X向振动达到225um，Y向振动达到125um，调试人员下令手动停机。机组打闸后转速开始下降，5号轴承X向、Y向振动不降反涨，X向最大振动达到465um，Y向振动最大达到477um，且降速过程中轴振幅值比升速过程中轴振幅值大，随后机组进入盘车状态。通过对2号轴承振动数据进行诊断分析，引起5号轴承振动的主要频谱为基频振动，且随转速上升振动持续上涨，属于强迫振动类型，能引起强迫振动的原因主要有以下因素：质量不平衡；刚度不足；结构部件共振；不对中；发电机转子热弯曲；转子存在活动部件；转子裂纹；联轴器松动；动静碰摩。通过伯德图可以看出，在低转速下5号轴承X向、Y向振动正常，机组升速超过1000r／min后，振动随着转速持续上升，上升趋势越来越陡最后振动发散，打闸停机后，机组转速下降，振动反而呈现上升趋势，这表明转子振动的发展程度已经超过了转速下降的影响，转子发生了一定程度的热弯曲。

通过以上分析，转子平衡状态发生了变化，可以排除由于质量不平衡、结构部件共振、转子存在活动部件及转子裂纹因素造成的振动偏大；同时由于发电机尚未并网运行，排除了发电机故障引起的转子热弯曲；通过对5号瓦振数据进行分析，机组停机时5号轴承振动最大为25．9um，如果轴承座刚度不足，轴承座振动将明显增大，由此可以排除转子轴承座刚度下降因素；通过对5号轴承低转速振动数据分析，转子晃度在正常范围内，初步排除了转子不对中和联轴器松动因素；最终怀疑点集中在转子动静摩擦故障，动静摩擦故障的主要特征包括：振动属于基频振动；转子稳定在某一转速下，振动仍会持续上涨；机组降速过程中振动明显比升速过程振动大。5号轴承振动情况与摩擦振动特征基本吻合，现场决定对5号轴承进行检查。通过现场检查，发现5号轴承上油挡与转轴处有碰摩痕迹，高速旋转的转轴使油挡部分融化并粘附在轴径处。现场对5号轴承上油挡进行打磨处理，扩大了上油挡间隙，并对转轴处进行清理。机组盘车4h后再次启动。当机组启动升速至800r／min时，5号轴承振动幅值较第一次启动振动数据偏大，且转速稳定在800r／min时，5号轴承轴振幅值持续上涨、相位逆转向变化，经过现场数据分析，初步判断5号轴承附近仍存在碰摩故障，同时现场巡检过程中发现盘车内存在异音，经现场研究决定，停机对5号轴承及盘车装置进行详细检查。对5号轴承进行检查未发现异常，对盘车装置进行检查过程中，发现一处螺栓盖板缺失，随后在盘车对轮罩内发现该缺失的螺栓盖板及螺栓，螺栓螺纹磨损严重，螺栓盖板已被磨损变形。经过对5号轴承及盘车装置的详细检查，确定了由盘车螺栓盖板引起的机组振动故障。盘车装置处理后机组再次启动，顺利达到额定转速。

3结束语

汽轮发电机组的动静碰摩故障是一个复杂的动态过程，其发生和发展随着机组结构不同、摩擦部分不同、运行转速不同、运行工况的不同，而呈现较大的差异性，转轴的严重碰摩还会引起轴系破坏事故，因此，对碰摩故障正确的诊断具有非常重要的意义。转子发生摩擦振动时，应该首先观察振动的频率分量，判断机组振动性质，利用振动趋势图、伯德图对振动数据进行进一步分析，同时结合现场相关参数，例如轴封压力、温度、真空、轴瓦温度等参数综合分析，最终查找出机组振动原因，确保机组安全平稳运行。

参考文献：

[1]赵强.电厂汽轮机振动大的原因分析及处理[J].科技创新导报，2011（19）：66.

[2]张学延.汽轮发电机组振动诊断[M].北京：中国电力出版社，2012：37-44.