降低V94.3A燃機汽機聯合循環機組3S離合器嚙合振動的技術措施

高帥，劉鵬

（鄭州燃氣發電公司，河南 鄭州 450000）

V94.3A燃氣輪發電機與汽輪機嚙合過程中經常會出現突變振動。分析表明，這些振動中軸承油膜渦動是導致振動的主要原因。通過調整軸承標高和減少軸承頂隙，可以消除機組不穩定振動。需要指出的是，也有部分出現振動的原因是因為3S離合器本身的物理特性造成的，這部分振動通常在允許范圍內，但實際運行中依然出現了失穩振動。

本文旨在描述該現象發生時，通過監測發電機和汽機軸的相位角度，并收集不同物理嚙合位置時，記錄找出各位置的最小振動值的技術措施，來指導以后的汽機運行與發電機軸嚙合時間和位置，從而影響軸承穩定性，降低聯合循環機組振動的方法。

1 機組概況

V94.3A型F級重型燃氣輪機發電機組的燃氣輪機和發電機型號分別為V94.3A和THDF108/53，由德國SIEMENS公司生產，汽輪機型號為TCF1，由上海汽輪機廠制造。軸系共有8個支持軸承。1號、2號軸承支撐燃氣輪機-壓氣機轉子，3號、4號軸承支撐發電機轉子，5號、6號軸承支撐SSS ( Synchro-Self-Shifting同步自脫）離合器，6號～8號軸承支撐汽輪機高壓、中壓、低壓轉子。8個軸承中5號、6號軸承為可傾瓦軸承，7號軸承為支承推力聯合軸承，1號～4號及8號軸承為橢圓瓦軸承。機組振動測點布置如下：1號～8號軸承均裝有1個速度傳感器和2個電渦流傳感器。傳感器相互垂直，自燃機向發電機方向看，左30°為x向，右60°為y向。

表1

圖1給出了該臺GUD1S.94.3A型燃氣-蒸汽聯合循環機組軸系布置簡圖。大型發電機組上所采用的軸承型式有多種，如圓柱瓦、橢圓瓦、三油楔瓦和可傾瓦等。

圖1 機組軸系簡圖

2 降低嚙合振動的技術措施

離合器是一種能夠自動連接或斷開的傳動裝置。高轉速下嚙合時，兩轉子之間的連接具有一定的隨機性，從而引起多次嚙合過程中軸頸中心位置的無規律變化。如離合器嚙合兩端軸振突變，主要有三種可能。

頻譜圖上以半頻分量為主，則振動性質是油膜渦動。通過軸系標高調整和減小軸承頂隙可以消除不穩定振動。

如果軸承頂隙超標以及軸承處于輕載狀態，受嚙合等外界強沖擊因素的干擾，容易發生油膜失穩。已有研究表明，對于處于穩定性邊緣的機組而言，雖然穩態工況下不會失穩，但是在外界沖擊等因素的干擾下會提前進入失穩狀態。升速過程中，可傾瓦軸承內軸頸中心位置應該近似于直線上抬。在軸承頂隙較大等異常情況下，可傾瓦軸頸中心位置變化可能會出現異常，從而使可傾瓦失去了其穩定性高的本性并進而導致失穩。因此，如果軸頸中心出現了較大的水平偏移，則應該分析其原因并盡可能消除。

在排除上述原因后，因離合器本身的物理特性造成的合格范圍內的振動突增。要降低因嚙合引起的振動，首先要通過軸系的平衡配重，調整軸承標高和減少軸承頂隙等措施，消除機組不穩定振動。

一般的技術措施主要有以下幾點。

2.1 通過機組軸系的平衡配重，消除整機軸系的不穩定振動

2016年某V94.3A燃氣蒸汽聯合循環機組大修后，通過對燃氣輪機和發電機的配重，機組振動有效降低。

動平衡的主要過程如下。

裝設動平衡監測系統。主要是在軸系的幾個位置設置監測儀表（如表1）。

（1）將傳感器輸出的電信號接入振動分析儀，同時將原來機組軸承內安裝的TSI振動測量信號接入分析儀，以對比臨時設備的準確性。輸出所得數據通過計算機進行測量記錄分析。（如圖2）。

圖2 振動監測系統圖

（2）定義機組軸系物理“0”位。根據轉子鍵相信號，設定某一位置w為轉子0度位置，根據鍵相信號，將就地轉子轉至0位，就地標記，就可以使得電腦數據中的位置與實際位置準確對應。一般常選燃機排氣錐正上方定位0位。

（3）計算分析并配重。西門子記錄的振幅值為雙峰值H，TSI系統的振動值都為單峰值h，H=2h，繪制的極坐標。根據所繪制的振動極坐標，分析振動原因，制定配重方案。

注意事項：

（1）壓氣機出口溫度降至50度以下才能停止燃機盤車運行。

（2）動平衡需要做的安全措施：停止燃機盤車后，關閉燃機盤車進油閥，將燃機罩殼CO2閉鎖裝置打至閉鎖位置。

（3）安全分析、物料清理、人員撤離必須要做好，各人孔門及蓋板及時恢復。

（4）燃機擴散段平衡孔圓形封板螺栓為19mm，需用梅花扳手打開，開口扳手及棘輪不易擰動。平衡孔堵頭螺栓30mm，需用輕型加長桿棘輪打開。壓氣機10級平衡孔堵頭需用24mm內六方，用錘打開。在中間短軸加平衡塊較為方便，但平衡槽屬于裸露狀態，需提前清理積灰，在確認所加平衡塊無需改動后，用電沖頭將平衡塊螺紋槽沖死，防止螺母倒退，平衡塊跑偏。燃機的配重主要是壓氣機進口、壓氣機第10級及燃機透平末端。配重位置如圖3。配重塊照片如圖4。

表2

圖3 燃機配重位置示意圖

圖4 配重塊照片

2.2 調整軸承標高和減少軸承頂隙，消除機組不穩定振動

配重完成后，通過調整軸承標高和減少軸承頂隙，可以消除機組不穩定振動。在滿足了這兩項調整措施后，機組的軸系振動基本符合運行的要求，部分工況下振動指標會出現短期的失穩，其中主要是3S離合器嚙合時，5號、6號可傾瓦軸承部分的振動。

2.3 調整3S離合器的嚙合狀態，消除機組不穩定振動

針對SSS ( Synchro-Self-Shifting同步自脫）離合器嚙合時的振動，主要是8個軸承中5號、6號可傾瓦軸承部分的振動，很難控制。需要指出的是，也有部分出現振動的原因是因為3S離合器本身的物理特性造成的，這部分振動通常在允許范圍內，但實際運行中依然出現了失穩振動。

如何根據3S離合器的物理特性，找出最佳的嚙合位置和狀態，降低因嚙合引起的不穩定振動，SIEMENS公司技術人員提出如下技術措施。

利用發電機勵磁端的相對振動信號，及配重時定義的機組軸系物理“0”位，作為觸發條件，根據燃機側的軸“鍵相”信號與汽機軸“鍵相”信號，送入振動分析儀，監測計算3S離合器兩端的相角差值，記錄不同嚙合狀態下振動的峰值，找出最小的振動峰值的嚙合角度，從而指導蒸汽輪機的運行嚙合（如表2）。

注意事項：

（1）發電機勵磁端軸振觸發計算脈沖，只需要在開始嚙合時定期觸發，觸發的周期根據振動分析儀的計算能力設定。

（2）當嚙合角度差值不再變化，就是嚙合完成，此時需要記錄3S離合器兩端5瓦及6瓦的振動值。

（3）一般汽輪機升速嚙合的時間是很短的，但基本上固定，通過多次的嚙合找出角度差大致的范圍即可，很難控制在某個精確的角度嚙合。

通過監視嚙合過程中，記錄離合器不同角度差嚙合時3S離合器兩端5、6瓦的振動值，找出最小的區間，指導運行以后在此角度區間嚙合即可降低因離合器原因引起的嚙合振動。

3 結語

離合器是一種能夠自動連接或斷開的傳動裝置。高轉速下嚙合時，兩轉子之間的連接具有一定的隨機性，從而引起多次嚙合過程中軸頸中心位置的無規律變化。一般應用上述三種技術措施后，燃氣輪發電機與汽輪機嚙合過程中出現突變振動的幾率大大降低，嚙合后的振動也相應減輕。如果上述三種技術措施都不能消除嚙合過程中出現突變振動，還需要請專業的振動測試機構具體分析，找出軸承或者軸系的不穩定因素，徹底分析解決。