汽輪發電機組振動故障分析與治理

張 芳

(馬鋼煤焦化公司，安徽 馬鞍山 243000)

一、現狀

工廠5#干熄焦汽輪發電機組容量為18MW，軸系布置如圖1所示。

圖1 汽輪發電機組軸系布置示意圖

自2007年投產以來，機組開停機過臨界振動過大。1#瓦過臨界時垂直瓦振達到180～230μm，且頻繁出現下瓦損壞現象。新瓦換上后，運轉15～30天再次損壞。為解決機組振動問題，作了4次揭缸檢查、3次返廠動平衡，對汽輪機前軸承座和基礎進行了檢查和調整、多次復查聯軸器中心等維修工作，但效果不明顯。

二、轉軸振動分析

5#機設計時只配置了瓦振傳感器，前期故障分析只能以瓦振為主。不能完全反映軸振。2010年4月15日，利用機組檢修機會，加裝了1套軸振測量系統。

測試結果表明，低轉速下軸振已經很大。400r/min時1#軸振達到100μm。產生這種現象有3種可能性：測點處軸頸表面粗糙度差；轉子彎曲；轉子軸頸晃度大。

1 150r/min中速暖機和3 000r/min定速時，雖然各瓦瓦振在合格范圍內，軸振卻已經超過打閘值。該機組軸振較大，足以引起軸承烏金疲勞損壞。轉速一定時，振幅變化范圍在±10%之內，相位變化在±10°之內，基頻振幅占通頻振幅的70%以上，具有典型的不平衡特征。為排除轉子找正問題，決定復查軸系中心后重新測試振動和進行動平衡。

本次檢修在2#瓦底部加0.01mm墊片、左側加0.005mm墊片，3#瓦底部加0.01mm墊片、左側加0.005mm墊片、右側減0.005mm墊片。復查聯軸器對中情況，上開口為0.035mm，左開口為0.01mm。本次檢修后，3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振從原265μm、243μm分別降為200μm、190μm。1#軸振雖有所降低，但仍維持在較高幅值上，且低速時軸振讀數仍然很大。

三、軸系中心調整前后1#軸承油膜厚度變化情況

1#軸承下瓦烏金頻繁出現疲勞損壞，懷疑軸承承載過重所導致。本次軸系中心調整，將2#瓦和3#瓦分別抬高0.01mm,有助于減小1#軸承載荷。利用加裝的渦流傳感器，全面測試了1#軸承在低速、定速和滿負荷三種情況下軸振測點間隙電壓變化情況，據此分析了軸系中心調整前后工作狀態下1#軸頸中心在軸承內位置以及軸承油膜厚度變化情況。表1給出了測試結果。經過調整，1#瓦處的軸頸垂直和水平偏移量由原0.256mm、0.372mm下降為0.192mm、0.269mm，最小油膜厚度也相應地由0.03mm增大到0.079mm。1#軸承潤滑狀況得到改善。

表1 軸系中心調整前后1#軸頸中心位置和油膜厚度變化情況

四、機組動平衡過程分析

1.汽輪機和聯軸器動平衡過程分析

本次停機后對1#軸頸作了修磨處理，處理后軸頸晃度降為0.03mm，在汽輪機末級葉片加重488g∠180°。

本次開機在3 000r/min定速后，1#軸振垂直和水平方向振幅下降了30～50μm。機組并網帶10MW負荷運行期間，1#水平軸振穩定、垂直軸振有波動，再次在汽輪機末級葉片加重400g∠80°。

本次加重后開機，振動變化幅度不大，決定在聯軸器上繼續加重。

5月16日在聯軸器連接螺栓上用焊接的方式加重550g∠350°。加重后，3#瓦振動變小，但3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振分別達到250μm和270μm。

2.發電機動平衡過程分析

拆除聯軸器上所加平衡重量后，重新開機測試振動，決定在發電機兩側加平衡塊。

具體方案為：發電機轉子前端和后端平衡槽內分別加重300g∠315°和300g∠135°。

加重后，開機過臨界轉速時1#瓦最大振動為56μm，其余各瓦過臨界最大振動值均在50μm以下。3 000r/min定速下1#水平軸振95μm，垂直軸振為135μm，振動大幅度減小。連續運行1天后，1#軸振數據逐步增大到230μm，1#～4#瓦振基本沒有變化。決定對發電機轉子進行第2次動平衡調整。

具體加重方案為：發電機轉子前端和后端平衡槽內分別加重130g∠0°和130g∠180°。本次動平衡調整效果明顯。3 000r/min時1#水平和垂直軸振分別降到70μm和100μm。升負荷至15MW過程中，1#水平和垂直軸振分別為100μm和105μm。

五、動平衡后軸頸中心位置和最小油膜厚度情況

動平衡后機組振動明顯減小，機組帶滿負荷穩定運行。測試數據表明，滿負荷穩定運行工況下，1#軸頸垂直和水平方向上的偏移量穩定在0.142mm和0.167mm，最小油膜厚度達到0.133mm。軸承潤滑狀況明顯改善。

六、結論

5#機振動故障原因比較復雜，歸納起來主要有：低轉速下軸振大，轉子存在中心不正現象；1#軸承處油膜厚度不足，導致軸承潤滑性能不好，工作狀態較差；機組臨界轉速和工作轉速下軸振過大，導致軸承所承受的動態激振力較大，容易導致烏金的疲勞損壞。最終通過軸系中心調整和軸系動平衡手段消除了機組振動和軸承碎瓦故障。

目前狀態下，1#軸承的軸心軌跡橢圓度較大，說明垂直和水平方向上的剛度差異較大，機組還存在一定程度的不對中。

5#機目前已安全運行近10個月，各項參數均在優良范圍內。1#軸瓦的瓦溫平穩，說明1#軸瓦運行平穩，頻繁損壞的問題已經得到解決。