國產660MW超超臨界汽輪發電機組軸系振動分析及處理

李志勇 石曉玲 韓彥杰 熊輝 趙慶東

摘 要：針對某電廠國產660MW超超臨界汽輪發電機組投產以來存在的#3軸承振動大問題進行了分析，分析認為造成#3軸承振動大的原因是低壓Ⅰ轉子存在質量不平衡和軸承室內高強磁條距振動探頭直線距離過近。根據分析結果，通過對該機組進行轉子動平衡和高強磁條移位的處理，汽輪機軸系振動明顯下降，為同類型機組類似故障的處理提供參考。

關鍵詞：汽輪機；軸承振動；動平衡

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0138-03

隨著我國電力工業的快速發展，推廣節能減排政策以及對電力系統減少能耗的認知，大容量、高參數的機組已經逐漸替代高污染的小型機組。當前，600MW及以上大容量機組已成為我國火力發電的主力機型，這些大型機組的設計制造技術多是以引進為基礎，由于存在對外方技術的消化吸收、國內外相應運行工況和設計制造技術等差異，使得目前該型機組投運后普遍出現軸系振動缺陷[1]。

1 機組概況及振動情況簡介

某電廠的汽輪機發電機組為東方電氣集團公司生產制造的660MW超超臨界汽輪機機組，型號為N660-25/600/600，一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。該汽輪發電機組共有四根轉子，每根轉子支撐在各自的兩個軸承上，四根轉子之間均由剛性聯軸器連接，轉子的軸系結構如圖1所示。

汽輪機組擔負著火力發電企業發電任務的重點，汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟汽輪機本體有關的任何一個設備或介質都有可能是造成機組振動的原因，比如進汽參數、疏水、油溫、油質等等。因此，針對汽輪機異常振動原因的分析就顯得尤為重要。

某電廠#1機組自投產以來，汽輪機組的軸承振動一直較大，為了深入分析影響#1機組汽輪機軸承振動值主要因素，并采取有效措施消除或降低軸承振動偏大的現象，我們對#1機組2015年12月份近一個月的#1—8軸承振動數據進行了統計分析，統計結果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中我們可以看出超過振動標準76um的主要為#3X、#3Y和#4Y軸振，經過進一步統計分析，我們從中發現#3Y軸振超過標準值的次數占所有超限軸振次數的57.4%，如圖4所示。因此，可以初步認定#3Y軸振是引起#1汽輪機組軸承振動大的一個主要原因。

2 軸承振動原因分析

2.1 轉子質量不平衡

轉子不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現缺損造成的故障，造成轉子不平衡的具體原因很多，按發生不平衡的過程可分為原始不平衡、漸發性不平衡和突發性不平衡等幾種情況。原始不平衡是由于轉子制造誤差、裝配誤差以及材質不均勻等原因造成的，如出廠時動平衡沒有達到平衡精度要求，在投用之初，便會產生較大的振動。漸發性不平衡是由于轉子上不均勻結垢，介質中粉塵的不均勻沉積，介質中顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損以及工作介質對轉子的磨蝕等因素造成的。

不同工況下低壓Ⅰ轉子的振動實測值見表1；3Y振動的趨勢如圖5所示；3Y測點振動的頻譜如圖6所示。

從上述數據中可以看出，#3Y軸承振動隨負荷變化不大，通頻幅值大概在80-100um之間上下波動，基頻幅值在63-70um且相位總體保持穩定。從上述#3軸承振動特征來看，基頻振動成份偏大說明低壓Ⅰ轉子存在一定殘余質量不平衡[2]。

2.2 測點附近存在強磁源

汽輪機軸承振動目前主要采用渦流傳感器進行測量，測量原理是通過在感應線圈上通高頻電流，在線圈周圍產生高頻電磁場，進而在金屬被測表面產生感應電流，即電渦流，如圖7所示。當振動測量探頭周圍存在其他磁源時，會對線圈的高頻磁場產生影響，進而影響測量結果。

某廠#1機組利用停機檢修機會打開#3軸承室，對軸承室內振動探頭附近區域磁源進行檢查，通過現場檢查測量發現#3軸承室內高強磁條距振動探頭直線距離僅0.2m，距離過近，產生的磁通量越強進而對該點振動的測量產生較大的影響[3]。

3 針對造成#3軸承振動的原因所采取的措施

3.1 增加動平衡塊

根據#1汽輪機轉子動平衡實驗方案對低壓Ⅰ轉子平衡狀態進行調整，可以利用其兩側平衡槽加重，具體試加重方案為：以前箱內用作鍵相信號的鍵槽為零點，3瓦側逆轉向34°加重300克；4瓦側逆轉向214°加重300克。平衡塊所安裝角度的確定如圖8所示，平衡塊安裝位置如圖9所示。

平衡塊裝配結束后，隨即對機組進行沖轉，并對#1汽輪機組從盤車到1500r/min，再到定速3000r/min整個過程中的振動參數進行了收集分析，機組按照正常啟動方式啟動（控制主再汽溫不超過400℃），達到額定轉速后持續運行約30分鐘測試數據（對整個開機過程振動進行測試、分析）。圖10為#1汽輪機組盤車狀態下各軸承的振動情況，圖11為#1汽輪機組在1500r/min時各軸承的振動情況，圖12為#1汽輪機組在3000r/min時各軸承的振動情況。

在#1機組汽輪機定速帶負荷后，#3軸承振動值為52um，72um，#3軸承振動值較安裝平衡塊前有明顯降低。

3.2 移除干擾源

移動強磁條使其遠離振動測量探頭。2016年11月15日在機組停機臨修過程中，在停運汽輪機盤車裝置后，打開#3軸承的軸承蓋，將軸承箱底部放置的一根強磁條（用于吸附潤滑油中金屬顆粒，凈化潤滑油油質），移動強磁條使其與3Y軸承振動測點直線距離達到0.5m以上。

對低壓Ⅰ轉子增裝平衡塊并移動#3軸承處的強磁條之后，1號機組于2016年12月2日9：34沖轉，并于當日16：35并網，同時我們也對機組從沖轉到帶負荷550MW期間的振動情況進行了統計梳理和在線監測。圖13為550MW時1號機組各軸承測點的振動情況，圖14為#1汽輪機組從3000r/min定速到機組負荷升至550MW過程中#3、4軸承各測點的振動趨勢圖。

4 結語

通過對某廠660MW的1號汽輪機軸系振動異常較大的分析，判斷該機組為基頻振動，發生部位為低壓Ⅰ號轉子上，并利用機組停機檢修機會進行了處理。通過在低壓Ⅰ號轉子上增加平衡塊，從而降低了#3軸承的振動并控制在標準值以內。同時，通過移動#3軸承處的強磁條，增大強磁條與電渦流測量原件的距離，也起到了降低#3軸承振動的作用。

參考文獻

[1]陸頌元.東方600MW機組振動缺陷剖析[J]，汽輪機技術，2008，50（2）：131-133.

[2]張衛軍，姜廣政.景德鎮電廠1號機組振動分析報告[R].陜西西安：西安熱工研究院，2016.

[3]周漢杰.金長生.鄭淑華等.轉子磁通量超標對振動的干擾影響研究[J].機電工程，2014，10（31）：1249-1253.