汽輪發電機組軸瓦振動問題處理案例分析

劉忠源 程實

摘 要：某電廠6號汽輪發電機組大修后，在開機過程中，軸振超標，且波動較大，振動頻譜主要表現為工頻，同時出現較小的高倍頻成分。經診斷，原因為轉子發生動靜碰磨、機械松動及質量不平衡等問題，導致軸系振動異常。增加暖機轉速及暖機時間后，軸系振動趨于穩定，利用動平衡手段成功解決振動問題。本文給出了詳細的診斷思路和處理方法，可供解決同類振動問題參考。

關鍵詞：軸振;動靜碰磨;單點摩擦;暖機;動平衡

中圖分類號：TM311文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0049-03

Abstract： After a power plant's No. 6 steam turbine generator set was overhauled， the shaft vibration exceeded the standard and fluctuated greatly during the start-up process， the vibration frequency spectrum was mainly manifested as power frequency， with small high frequency components appearing at the same time. After diagnosis， the reason was that the rotor had problems such as dynamic and static friction， mechanical looseness and mass imbalance， which caused abnormal shaft vibration. After increasing the warm-up speed and warm-up time， the shaft vibration tended to be stable， and the vibration problem was successfully solved by dynamic balancing. This paper gave detailed diagnosis ideas and treatment methods， which could be used as a reference for solving similar vibration problems.

Keywords： shaft vibration;dynamic and static rubbing;single point friction;warm-up;dynamic balance

汽輪發電機組是電力生產過程中的重要設備，而振動是影響設備穩定可靠運行的重要原因。有研究從不同方面對汽輪機軸系出現的各種現場振動問題進行分析，如汽輪發電機組摩擦引起的突發性振動[1]、汽輪發電機組的振動及現場平衡[2];有研究分享了電廠特定故障案例的處理方法，如電廠旋轉機械設備振動問題處理[3]、600 MW超臨界機組振動故障處理[4]、660 MW超臨界機組試運期間發電機振動故障診斷及處理[5]。引起振動增大的原因多種多樣，如何快速識別故障、查找振動原因以及處理是電廠和振動專業人員一直關心的問題。

本文針對一特定機組軸系振動問題，結合振動增大過程、故障特點以及設備檢修情況，進行詳細全面的故障分析和診斷，然后采取相應的處理措施，實踐效果良好，可供參考。

1 故障概況

某電廠6號汽輪發電機組是N220-12.75/535/535型超高壓、中間再熱、三缸三排汽、凝汽式機組，軸系由高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子、發電機轉子、勵磁機組成。各轉子均由2個徑向軸承支撐，其軸系結構如圖1所示。

該機組大修后于2019年5月17日啟機，沖轉過程中，#2、#3、#4、#9瓦軸振持續增大，機組定速3 000 r/min后，振動出現較大波動。

2 振動故障診斷及處理

沖轉過程中，軸承#2、#3、#4及#9瓦軸振隨轉速變化明顯，表現為質量不平衡特征;定速3 000 r/min后，振動值均存在一定范圍的波動，尤其#2、#3、#4軸承較為明顯，從頻譜圖（見圖2）來看，#2、#3、#4軸承振動主要貢獻頻率為1X分量;#2、#3軸承振動的1X分量的相位角均較為穩定，#4軸承振動的1X分量的相位變化明顯。

經分析，#2、#3、#4軸承振動大的原因有：存在碰磨，且存在單點摩擦;轉子存在一定質量的不平衡。

制定的處理方案如下：在不帶負荷的各個選定工況點運行直至振動穩定，定速并保持穩定運行30 min;利用電廠DCS以及現場連接的振動檢測設備連續檢測振動，并根據振動特點和檢測數據，跟蹤診斷確定振動原因。

5月18日13：12，機組開始沖轉，14：23沖至3 000 r/min，根據沖轉過程中軸系振動情況，選定高速工況點進行暖機。5月19日9：00，機組逐步暖機并達到3 000 r/min且軸系振動趨于穩定（見圖3），#2、#3、#4軸承振動頻譜均以1X為主，振動數據如表1所示，符合質量不平衡的特征，決定采取現場動平衡減小轉子不平衡量。經過計算，采取多平面聯合動平衡方案，在中低壓對輪處加重509 g∠240°，在副勵磁機末端加重209 g∠327°。5月19日16：00加重完成沖轉至3 000 r/min后，振動趨于穩定，#2、#3、#4及#9瓦振動數據如表2所示。

根據試加重的結果，經過計算，確定如下動平衡調整方案：在中低壓對輪處加重1 342 g∠360°（去掉原加重），在副勵磁機末端加重72 g∠175°（保留原加重）。

從頻譜來看，#2、#3、#4軸承振動頻譜均以1X為主，同時出現較高的2X、3X倍頻成分，表明質量不平衡不是此時振動異常的唯一原因，出現倍頻成分的可能原因包括：中心不良、動靜碰摩、機械松動等。查看機組大修軸系中心調整的相關數據，排除了軸系中心不良的情況，現重點懷疑中低壓對輪可能存在機械松動的情況。

基于以上分析，檢查發現，中低壓對輪處4條螺栓緊力不夠。通過檢修數據查閱發現，大修期間對中低壓對輪墊片進行了修磨，厚度減小300 μm，但復裝時，螺栓按照修前數據進行了復裝。由于平衡螺栓已加工完成，故仍按照已定方案進行調整加重。

5月20日8：00，機組加重完成沖轉至3 000 r/min，#2、#3、#4及#9瓦振動數據如表3所示。

結果表明，原始振動確實存在松動與不平衡振動耦合。從調整加重后的頻譜（見圖4）來看，#2、#3、#4軸承振動頻譜均以1X為主，2X、3X倍頻成分消失，此時引起轉子振動異常的原因為質量不平衡，決定進行再次調整。

經過計算，確定在中低壓對輪處進行第三次加重840 g∠225°（保留原加重），在副勵磁機末端加重58 g∠71°（保留原加重）。

5月20日18：55，第三次加重完成沖轉至3 000 r/min，振動數據如表4所示。

5月21日08：30，機組負荷為219 MW時，軸系振動數據如表5所示。

3 結語

該機組軸系振動的主要原因是大修開機軸系動靜單點碰磨、機械松動及質量不平衡。由此例可以看出，在機組發生動靜碰磨時，頻譜圖中不一定會出現高倍頻分量，也可能只表現為1X倍頻;機組發生振動異常時，動平衡手段并不能有效解決所有的振動問題，還應具體問題具體分析，針對振動起因制定處理方案。

振動故障診斷及處理是一項綜合技術。要想正確掌握和應用好該技術，解決現場振動問題，技術人員不僅要具備轉子動力學、機械振動故障機理、振動監測分析等專業知識，還要對設備的工作原理和結構特性等有足夠的了解，更重要的是需要在工程應用實踐中不斷學習探索、領悟和積累經驗。本文介紹的摩擦、機械松動及質量不平衡引起的振動問題處理案例可為今后同類振動問題的分析和處理提供參考。

參考文獻：

[1]王永貞，楊建剛.汽輪發電機組摩擦引起的突發性振動分析[J].電站系統工程，2014（3）：47-49.

[2]寇勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]張學延，張衛軍，葛祥，等.電廠旋轉機械設備振動問題處理案例分析[J].中國電力，2015（8）：110-116.

[4]黎瑜春，蔡強.某600 MW超臨界機組振動故障分析與處理[J].中國電力，2014（3）：55-58.

[5]朱小東，吳崢峰，譚袖，等.某660 MW超臨界機組試運期間發電機振動故障診斷及處理[J].中國電力，2017（8）：58-62.