670 MW火電機(jī)組集電環(huán)軸承振動分析及處理

裴海峰，王守柱，薛曉勇

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

670 MW火電機(jī)組集電環(huán)軸承振動分析及處理

裴海峰，王守柱，薛曉勇

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

針對某電廠670 MW超臨界火電機(jī)組集電環(huán)軸承振動大的情況，將集電環(huán)軸承解體，通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對輪中心存在左右偏差是引起軸承運行過程中單側(cè)軸振緩慢增大的主要原因。通過將軸承座向左側(cè)平移，保證下部兩瓦塊載荷均勻，解決了軸振波動或緩慢增大問題，提高了機(jī)組運行可靠性，為存在類似問題的機(jī)組提供借鑒。

汽輪發(fā)電機(jī)組；軸瓦；振動；集電環(huán)

汽輪發(fā)電機(jī)組啟動、運行、停機(jī)及盤車等過程中，各軸承振動的監(jiān)測數(shù)據(jù)是保障機(jī)組安全、穩(wěn)定運行的主要指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動值異常，應(yīng)立即查找原因并處理，必要時需緊急停機(jī)，確保機(jī)組安全［1］。

670 MW超臨界火電機(jī)組由上海電氣電站設(shè)備有限公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)采用N670－24.2／566／566型超臨界參數(shù)、中間再熱、三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為QFSN－670－2型，采用水—氫—氫冷卻方式，全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、2個低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子5個轉(zhuǎn)子構(gòu)成，由9個軸瓦支撐。各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性連接。高中壓轉(zhuǎn)子、2個低壓轉(zhuǎn)子分別由2個軸瓦支撐，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，其中1～6號軸瓦為4塊可傾瓦型徑向軸瓦，7、8號軸瓦上半部為圓筒瓦，下半部為2塊可傾瓦，9號軸瓦為4塊可傾瓦。軸系布置如圖1所示，集電環(huán)位于9號軸承處，各瓦的軸振傳感器安裝在軸瓦塊頂部左、右兩側(cè)各45°方向上，由汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向，左側(cè)45°為Y向，右側(cè)45°為 X向。

圖1 670 MW機(jī)組軸系布置圖

1 存在問題

機(jī)組檢修結(jié)束，啟動并穩(wěn)定運行后，各軸承振動測點監(jiān)視數(shù)據(jù)正常，瓦溫和回油溫度無異常波動。該機(jī)組軸承振動設(shè)計報警值為125 μm，跳機(jī)值為250 μm。

機(jī)組啟動后幾個月內(nèi)，9號軸Y向振動逐漸上升，且在140～228 μm波動，最大振動值達(dá)228 μm，超越報警值，接近跳機(jī)值。此過程中，9號軸X向軸承振動最大值為63 μm，無明顯變化。9號軸瓦溫則一直穩(wěn)定在61～64℃，無嚴(yán)重碰磨情況發(fā)生。

圖2為9號軸軸承振動趨勢圖，綠色為機(jī)組負(fù)荷，黃色為Y向振動，藍(lán)色為X向振動。由振動頻譜圖可見，振動主要是工頻振動，無規(guī)律性，頻譜正常，2、3階振動分量較小，引起振動的主要因素是軸承穩(wěn)定性降低。

圖2 9號軸軸承振動趨勢圖

2 原因分析

2014年6月3日，機(jī)組停機(jī)檢修，對機(jī)組9號軸承進(jìn)行解體檢查，檢查過程中測量數(shù)據(jù)見表1～表3，表1為9號軸頸跳動值，表2為發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間聯(lián)軸器同心度數(shù)據(jù)，表3為9號軸瓦解體后測得的各項數(shù)據(jù)。

表1 9號軸頸跳動值mm

表2 發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間聯(lián)軸器同心度數(shù)據(jù)mm

表3 9號軸瓦解體后所測各項數(shù)據(jù)mm

通過3個表數(shù)據(jù)分析，可得如下結(jié)論。

a.9號軸頸跳動值符合要求，晃動度不大于0.05 mm。

b.表2中描述發(fā)電機(jī)與集電環(huán)連接后聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)子中心的同心度數(shù)據(jù)，A代表發(fā)電機(jī)側(cè)，B代表集電環(huán)側(cè)。用力矩扳手逐個檢查發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對輪螺栓緊固力矩，均符合最小合格力矩1 650 N·m，同心度跳動值最大為0.02 mm，符合要求，無需調(diào)整，故不需拆卸發(fā)電機(jī)與集電環(huán)間的聯(lián)軸器。

c.浮動油擋徑向間隙與浮動油擋軸向間隙均在設(shè)計范圍內(nèi)，軸瓦與軸徑間隙和頂部球面間隙超出設(shè)計值，這是振動增大的主要原因。

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu)，在發(fā)電機(jī)與集電環(huán)動平衡過程中將9號軸承上抬0.36 mm，施加預(yù)載荷，保證運行中集電環(huán)轉(zhuǎn)子不發(fā)生“甩尾”現(xiàn)象［2－3］。在發(fā)電機(jī)與集電環(huán)連接狀態(tài)下，取出下瓦，測得軸頸下沉0.94 mm。

檢修前運行過程中9號瓦溫一直穩(wěn)定在61～64℃，沒有發(fā)生軸瓦過載、瓦溫過高的問題，9號軸頸下沉0.94 mm，雖遠(yuǎn)大于0.36 mm的預(yù)載荷，但可以保證9號軸穩(wěn)定運行。

圖3為9號下瓦就位前后軸頸相對于軸承座洼窩中心記錄數(shù)據(jù)，可見軸頸就位洼窩中心和自由中心存在1.09 mm偏差，軸瓦為4塊可傾瓦，轉(zhuǎn)子就位后，軸頸偏向右側(cè)1.09 mm，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彈性變形。轉(zhuǎn)子彈性變形施加給瓦塊的反作用力使軸承左側(cè)下瓦塊受力增大，右側(cè)下瓦塊受力減小，瓦塊載荷減小，使右側(cè)瓦塊穩(wěn)定性變差，運行中受到擾動后易發(fā)生振動［4］，且振動方向與Y向振動探頭對應(yīng)。軸頸偏移后瓦塊受力情況見圖4。

圖3 9號下瓦軸承座洼窩中心記錄數(shù)據(jù)

圖4 軸頸偏移后瓦塊受力情況

在表3中，軸瓦與軸徑間隙左側(cè)為0.63 mm，右側(cè)為0.45 mm，均超標(biāo)。左側(cè)瓦塊頂部間隙超標(biāo)近0.28 mm，由于左側(cè)瓦塊頂部間隙對應(yīng)的是Y向振動探頭，其不平衡性使Y向上的軸振抑制作用減?。?］。

導(dǎo)致瓦塊頂部間隙超標(biāo)原因如下。

a.軸承瓦塊鎢金磨損，造成瓦塊頂部間隙變大。

b.9號軸瓦采用4塊可傾瓦，其瓦塊用帶球面頭的圓柱支撐。若該支撐發(fā)生變形、損壞，會造成瓦塊頂部間隙變大［6］。

c.9號軸頸被磨損變細(xì)，造成瓦塊頂部間隙變大。

針對以上原因進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軸頸和軸承瓦塊鎢金均沒有磨損情況，檢查瓦塊支撐圓柱見圖5。

圖5 9號瓦塊支撐塊接觸球面擠壓情況

由于軸頸在長期振動沖擊下，發(fā)生支撐塊球面擠壓變大，右側(cè)下瓦和左側(cè)上瓦的支撐塊球面被擠壓變大的痕跡最為明顯（對應(yīng)Y向的軸振），造成左側(cè)瓦塊頂部間隙超標(biāo)。

由以上分析可知，由于檢修過程中發(fā)電機(jī)與集電環(huán)對輪中心存在偏差，使9號軸頸偏向一側(cè)，造成運行中9號軸承下瓦左右兩側(cè)瓦塊長期一側(cè)受力增大（載荷增大），一側(cè)受力減?。ㄝd荷減小）［7］。載荷減小的一側(cè)軸瓦穩(wěn)定性變差，運行過程中受到較小的激振力就會產(chǎn)生單側(cè)軸振。運行初期，由于軸瓦本身對軸振抑制較好，振動表現(xiàn)不明顯［8］。但長期振動沖擊使軸瓦瓦塊背部支撐塊接觸點變大，造成瓦塊頂部間隙變大，對軸頸振動抑制減弱，單側(cè)的振動也越來越明顯。

3 處理方法及效果

軸承振動問題一般可從如下幾方面進(jìn)行檢查：

a.檢查轉(zhuǎn)子、軸承是否有部件脫落或松動現(xiàn)象；

b.檢查軸與軸之間螺栓鏈接是否有異常松動現(xiàn)象；

c.檢查軸承載荷、前后軸頸相對于軸承座洼窩中心數(shù)據(jù)及瓦塊頂部間隙是否在設(shè)計范圍內(nèi)；

d.檢查軸承支撐塊的材質(zhì)，表面是否有磨損、開裂現(xiàn)象。

具體處理措施如下：

a.將9號軸承座向左側(cè)平移1.09 mm，檢查軸頸受力是否均勻，下部兩瓦塊載荷是否均勻；

b.打磨軸瓦支撐圓柱球面，采用在支撐圓柱背面加墊片的方法將瓦塊頂部間隙調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)范圍，增大對軸振的抑制作用。

處理后，機(jī)組在轉(zhuǎn)速為3 000 r／min、負(fù)荷為623 MW時啟動運行，9Y方向軸振為44 μm，9X方向軸振為32 μm，絕對振動為41 μm，9號瓦溫度為67℃，機(jī)組運行穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

汽輪發(fā)電機(jī)組振動是十分復(fù)雜的問題，現(xiàn)場的故障診斷和原因分析應(yīng)注意結(jié)合機(jī)組運行數(shù)據(jù)和檢修經(jīng)驗，才會得到顯著效果。

［1］ 程 健，張 斌.發(fā)電機(jī)軸瓦振動的處理［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（10）：24－25.

［2］ 路軍鋒，袁 博，黃潤澤.325 MW汽輪發(fā)電機(jī)組油膜振蕩分析及處理［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（10）：18－19.

［3］ 馬孝棟，趙衛(wèi)華，談?wù)刭t.600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試中的振動監(jiān)測與診斷［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（2）：46－49.

［4］ 陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［5］ 肖增弘.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的模糊識別［J］.東北電力技術(shù)，1996，17（4）：4－5.

［6］ 張宏奎.汽輪發(fā)電機(jī)組振動現(xiàn)場故障診斷與分析［J］.東北電力技術(shù)，2004，25（1）：24－25.

［7］ 劉 石.新裝超臨界600 MW機(jī)組振動問題分析及處理［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（z）：6－7.

［8］ 崔亞輝，張俊杰，陳正飛，等.超超臨界1 000 MW機(jī)組振動波動故障分析及處理［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（1）：16－17.

Analysis and Treatment for Shaft Vibration Problems of 670 MW Thermal Power Unit

PEI Hai?feng，WANG Shou?zhu，XUE Xiao?yong
（Huadian Weifang Power Generation Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261204，China）

According to the problems of greater vibration for the generator axletree tile in 670 MW turbine sets，the generator axletree tiles are broke up.Wheel center deviation is caused by bearing unilateral axial vibration which is the main reason by analyzing the data. By moving the box to the left shift，it can ensure two segment at the bottom of uniform load，solve axletree fluctuation and improve the unit operation reliability.This paper can provide an important reference for the similar vibration fault.

Turbine?generator unit；Bush；Vibration；Slip?ring

TM311；TK268

A

1004－7913（2015）10－0045－04

裴海峰（1978—），男，學(xué)士，高級工程師，從事汽輪機(jī)檢修工作。

2015－05－20）