600MW熱電廠汽輪發電機的振動分析與處理

梁其鋒

【摘要】對廣東某電廠大修后第一次開機進行振動監測，分析振動數據再結合機組本身特征和大修期間處理細節，對開機的振動現象進行解析，發現機組低壓缸的軸瓦發生共振，8瓦由于載荷過輕導致瓦的剛性不足。對機組進行動平衡，減少不平衡量和擾動力，再輔助以增加支撐和載荷的手段，有效改善軸系的振動性能。

【關鍵詞】振動測試 動平衡 剛度 共振

前言

火力發電廠中，汽輪機發電機組是電廠主要設備，機組的振動水平是整個設備安全運行的重要前提。機組長期在劇烈振動下運行，容易導致機組發生永久的損傷，嚴重時引起毀機事故的發生。改善振動機組振動情況，讓機組在安全的范圍內運行，每個火力發電廠的要求。

由于引起振動問題原因是一個多因素綜合體，處理振動問題就是在眾多因素中掌握最主要因素，針對主要因素進行處理，達到改良機組振動性能的目的。出現振動問題時，進行準確的故障診斷顯得尤為重要。

1、測量系統

廣東某電廠7號機組為東方汽輪機有限公司設計生產的凝汽式汽輪機（CC600-24.2/4.2/1.0/566/566），額定負荷600MW。超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽凝汽式汽輪機。2015年2月24日大修后第一次開機，為保證機組的安全運行，對機組進行振動監測。電廠自己配置是本特利3500振動監測系統，在1至8瓦x、y方向設置渦流振動傳感器測試軸頸的相對振動，在垂直方向方向設置了速度傳感器測試瓦的絕對振動。為了更好的分析振動的情況，在TSI緩沖輸出的信號中外接了狄克DAQ05型振動測試分析系統。

圖3.1 測量系統

2、振動現象和分析

機組經過沖轉并網，升降負荷運行一段時間后，機組的振動基本上穩定，其個軸振和瓦振如圖所示，此時除了7Y軸振外各測點的軸振70um以下的優秀水平，7Y軸振處于報警狀態，3、4、8瓦的瓦振到超過報警值50um，機組在沖轉過程中的一階不平衡量較小。

定速3000 r/min時，3、4、5、6、8瓦出現了軸振不大而瓦振偏大的振動情況。而3、4、5、6瓦屬于低壓缸兩端軸瓦，瓦振在升速期間出現了類似的現象：沖轉至2800r/min之前，低壓缸瓦振都在20um以下；在做機械超速過程中，轉速升至3120r/min，低壓缸瓦振降至20um以下。查閱資料可以知道該機組的罩殼是采用10mm的鋼板彎拉加肋而成，罩殼固定在瓦座上，并不與瓦基接觸，測量用的速度傳感器就安裝在罩殼上，用手持表就地測量軸承垂直振動也比較大，軸承座附近有明顯的震感，綜合分析得出3-6瓦的剛度不足，工作轉速附近就是其共振區，如果軸振長期處于較高的振動狀態下運行對機組的安全不利。

雖然8瓦也出現了軸振不大瓦振大的情況，分析8瓦沖轉時候的狀況，可以知道8瓦瓦振并不是在其共振區工作，與低壓缸的瓦振大有著本質的區別。對機組進行調查研究知道，在大修期間，在聯低發對輪靠背輪時，為了對轉子中心，將發電機勵端抽掉1mm墊片，形成7瓦與8瓦有1mm的高低差，發電機的自重坐落于7、8瓦的軸瓦上，當低發對輪把緊后，7瓦的載荷偏高，而8瓦的載荷偏低，這樣就導致了8號軸瓦的剛度下降，使其對軸系不平衡量的敏感程度提高，出現了8瓦這樣特殊情況。

3、振動處理與結果

鑒于機組安全運行的考慮，需要對機組進行一定的處理，將機組的振動控制在一個允許的范圍之內。

其中8瓦的剛度不足問題，由于機組剛完成大修，完全解決這個問題需要一個小修期，目前并不具備這樣的條件，只能從外部條件入手，間接增加8瓦的荷載達到增加剛度的目的，建議在發電機頂部壓沙包的手段增加8瓦的荷載。也可以從減少激振力入手，降低8瓦的軸振，從而降低瓦振。

3-6瓦處于工作轉速共振區的處理，針對結構共振這類故障最根本的方法是增加支撐來提高剛度，但目前改變其支撐系統的剛度的較為困難，其中也有廠家采用這種處理方法，但效果并不明顯，另一種有效降低激振力來降低振動水平的是動平衡，但它的要求得精度非常高。

綜合上述分析，決定進行動平衡同時，增加支撐和增加荷載的綜合方法：

1）在低壓轉子末級葉輪兩端反對稱同時加重，3瓦側加230克160度，4瓦側加230克340度，在低發對輪上加重為600克30度；

2）在3、4瓦罩殼上家裝支撐條；

3）在發電機頂部壓2噸沙包。

圖2 采取的措施

采取上面措施后，重新開機，機組的振動性能如表2所示，從表中，可以看出來，3、4瓦的瓦振有著明顯的改善，由于對4、5瓦沒有采取措施，受到動平衡后軸系的影響，5瓦的瓦振有所提高，而7Y方向的軸振也由120um下降到70um，而8瓦的瓦振也下降10um。表明上面的措施是有效改善軸系的振動情況，有利于機組的安全運行。

雖然機組經過措施后振動有所好轉，但也可以看出不足，3-6瓦的瓦振仍然存在共振的現象，8瓦的負載過輕的情況并沒有得到根本性的改善，針對這些情況，在日后的正常運行生產當中還會導致機組的振動性能再次惡化，在運行當中要加強對軸系振動的監視，發現問題盡快處理。也可以趁著以后小修、大修的機會將這些問題從根本上解決，如：讓廠家對軸瓦罩殼等進行設計改造，將共振區避開工作轉速3000r/min，解決共振問題；對8瓦墊高，從而讓8瓦和7瓦有同等的負載，解決8瓦剛性不足問題等。

4、結論

振動問題是一個多誘因的復雜問題，處理不同振動問題，要分清引起這個振動問題的原因，不然很容易出錯或達不到振動預期目的。

1）通過高速動平衡試驗，可以減少激振力，減少機組共振區的擾動力，從而降低共振區瓦振；

2）通過動平衡試驗，可以減少軸系的質量不平衡量。

3）通過增加支撐和載荷等手段間接改變支撐系統剛度，可以降低蓋振水平。

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