汽輪發電機組的振動分析處理

郭子文

（陽泉煤業（集團）股份有限公司發供電分公司，山西 陽泉 045000）

引言

陽煤集團發供電分公司第二熱電廠1號汽輪機是1995年青島汽輪機廠生產的 C6－3.43／0.49型汽輪機，配套額定功率為6 000kW QF－6－2型濟南發電機設備廠發電機，系中壓中溫沖動冷凝式、單抽式汽輪機。它的特點是結構緊湊簡單、方便操控、安全可靠［1］，屬陽煤集團煤礦自備電廠發電供熱設備。機組的電負荷與工業抽氣量可按需要進行分別調整。2013年停產大修后，1號機出現了機組軸瓦振動偏大問題（見圖1），無法正常運行。

圖1 振動測點位置

2013年5 月機組開始大修，用時18d，汽輪機揭缸、發電機抽轉子進行檢修，汽輪機轉子返青島汽輪機廠檢查并做動平衡試驗，檢修時根據汽輪機安裝說明書調整各軸瓦間隙及動靜部配合間隙均在要求范圍內。檢修完啟機，臨界轉速時（1 625r／min），3號瓦水平振動值達到110μm，過了臨界轉速振動值下降到70μm，直至額定轉速運行時（3 000r／min），3號軸瓦振動值仍超出允許范圍，水平振動70μm，1號汽輪發電機組的振動是運行以來最大值，機組接帶負荷至6 000kW運行，持續運行近30min振動無明顯波動變化。

1 機組的振動情況

機組的進汽、油溫、油壓等參數都正常，在機組未停機的情況下，對1號機組各軸瓦振動值進行了測試，多次測試振動值變化不大，機組各軸瓦振動數據見表1。

表1 機組各軸瓦振動記錄 μm

依據國家汽輪機行業對振動的判斷標準，3 000r／min的汽輪發電機組振動值不能超過50μm的要求［2－3］，顯然1號汽輪發電機組3號瓦水平振動值超出了國家允許的標準值。

2 原因分析

停機對汽輪發電機組的對中情況和軸瓦間隙配合進行復查。

對輪中心復查合格，下張口0.001 5mm、左外圓0.002 0mm。各軸瓦烏金面均正常，無磨損現象。

1號瓦套緊力0.004 0mm、球面緊力0.003 0mm、瓦頂間隙0.190 0mm、瓦口間隙0.400 0mm；2號瓦緊力0.030 0mm、瓦頂間隙0.200 0mm、瓦口間隙0.410 0mm；3號瓦套緊力0.040 0mm、球面緊力0.030 0mm、瓦頂間隙0.220 0mm、瓦口間隙0.250 0mm；4號瓦套緊力0.040 0mm、瓦頂間隙0.210 0mm、瓦口間隙0.40 0mm。

根據以上復查數據判斷，可以排除因對中或軸瓦問題引起的汽輪發電機組振動。

運行時多次記錄潤滑油壓，均為0.085MPa、軸向位移油壓均為0.362MPa、回油溫度50℃；油質合格，油位正常。啟機前進行了長達8h的暖機沖轉，其他進氣溫度等參數均在要求范圍內，根據油汽等參數可以判斷，非機組調節參數不正常和介質不合格而引起的振動。

汽輪發電機組在沖轉啟動時，轉速達到800r／min時，使用手持振動檢測儀和SB－8002現場動平衡儀同步跟蹤檢測，只有在汽輪發電機組過臨界轉速時，檢測到3號瓦水平振動值達到110μm，過了臨界轉速振動值下降到70μm。而其他軸瓦振動值基本沒有波動變化，直至轉速穩定至3 000r／min時，3號軸瓦水平振動70μm，其他軸瓦水平及垂直振動值未發生變化，說明振動值與轉速沒有關系。

汽輪發電機組轉速穩至3 000r／min時，使用SB－8002現場動平衡儀檢測得出3號瓦水平方向振動頻譜圖，其時域波形是一個正弦波（見圖2），多數為一倍振頻，其他頻率振動值很小。水平方向振動值為最大，而軸向垂直很小，并且3號軸瓦振動大于其他軸瓦部位，振動值的穩定性比較好，對負荷及轉速變化不敏感。檢修時汽輪機轉子返廠做過動平衡試驗，在末級葉輪處減去59g，而發電機轉子未做動平衡試驗，也存在檢修前汽輪機轉子和發電機轉子各自有質量不平衡問題，只是裝配時相對的兩個不平衡點相互抵消。再使用SB－8002現場動平衡儀測量相位，垂直方向和水平方向相位差為80°［2］。可以判斷3號軸瓦水平振動大的原因是整個汽輪發電機組轉子質量不平衡引起的。

圖2 3號瓦水平方向振動頻譜圖

3 現場動平衡試驗

發電機轉子前后端面制造時留有專為做動平衡使用的梯形槽口，發電機轉子后端面離3號軸瓦距離較長，因此選擇在發電機轉子后端面配重，相對發電機前端面能夠減少配重質量。

繼續使用SB－8002現場動平衡儀做現場動平衡，在轉速3 000r／min穩定后以3號軸瓦水平及垂直為采集點，通常由轉子質量不平衡引起的振動以振動值最大點為數據采集點，采集原始數據，采集數據時轉速的上下波動不允許大于2%。采集完初始數據，打閘停機進行試配重，在發電機后端面配重梯形槽口內任意位置試配，試配點將是極坐標平衡的0°角及分量平衡的第一個點，第一次試配重質量為98g。試配完啟機，啟機過程中使用手持振動檢測儀和SB－8002現場動平衡儀同步跟蹤監測各軸瓦的振動情況，在轉速3 000r／min穩定后以3號軸瓦水平及垂直為分析點，最后現場動平衡儀計算出207°配重質量為154g。

打閘停機后，拆除配重端面的試配重，以試配重點為分量平衡的0°角，找見207°，進行配重。在實際加配重塊時，動平衡儀器所計算出的207°只是一個點，在發電機轉子配重端面梯形槽口內一個點配重質量最大為33g，只能以207°點為中心向兩邊均勻安裝配重塊，配重質量154g也不可能集中在207°一個點上，所以在154g的基礎上可以適當地增加配重質量，配重質量增加至167g，配重完啟機，臨界轉速時，3號瓦水平振動值最大70μm，直至轉速3 000r／min振動值都在允許范圍內，動平衡成功。動平衡試驗后各軸瓦振動值數據見表2。

表2 動平衡后機組各軸瓦振動記錄 μm

4 結語

汽輪發電機組振動原因是繁雜多變的，給企業帶來的損失也是嚴重的，不僅增加了維護保養成本，造成機組軸瓦的損壞，也能造成整臺汽輪發電機組的損壞，甚至人身傷害。只有認真負責地對待每天的運行操作和每次檢修，才能從根本上杜絕機組振動超標故障的出現。同時強化操作人員的業務技能，才能保障整個汽輪發電機組的穩定運行［4－5］。

［1］ 杜增輝，葉曉東.汽輪機抽汽調壓系統故障分析及處理［J］.電力安全技術，2002（9）：45－46.

［2］ 左旭.汽輪發電機組轉子現場動平衡調試［J］.中國設備工程，2008（12）：12－13.

［3］ 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.

［4］ 孟凡玉，王建華，唐成全.汽輪機葉片損壞原因的分析［J］.黑龍江科技信息，2010（15）：20－21.

［5］ 秦文防.汽輪機葉片損壞事故分析［J］.通用機械，2012（10）：54－55.