600MW機組軸系過臨界振動故障處理措施研究

浙江國華浙能發(fā)電有限公司 胡劍

600MW機組軸系過臨界振動故障處理措施研究

浙江國華浙能發(fā)電有限公司 胡劍

針對某型亞臨界600MW機組啟停過一階臨界時，2號、3號軸承振動過大影響啟機的問題，通過分析認為2號、3號軸承系統(tǒng)的等效剛度相對較弱是主要原因之一。采用針對性措施后，實現(xiàn)了啟動過程中軸振能通過臨界轉(zhuǎn)速，為同類型機組處理該問題提供一定的參考。

汽輪機；過臨界振動；軸承襯環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；軸承座加固；支承系統(tǒng)等效剛度

軸系過臨界的振動主要與不平衡激振力、系統(tǒng)剛度和阻尼等有關(guān)[1-3]。國產(chǎn)某型亞臨界600MW機組軸系啟停機過一階臨界時，存在2號、3號軸承的相對軸振偏大的問題[4-6]（3號軸承尤其突出），甚至影響了機組的正常啟動，造成一定的經(jīng)濟損失。以下對該型機組軸系2號、3號軸承（這兩個軸承結(jié)構(gòu)相同）的相對軸振難以通過臨界轉(zhuǎn)速的主要原因進行分析，并介紹利用該型機組的通流改造機會，采取的三項針對性治理措施。尤其是對軸承襯環(huán)的優(yōu)化及軸承座三角支承加固的措施與以往的研究有所不同。

1 該型機組#3瓦過臨界軸振特征

1.1 某電廠2號機組過臨界振動特征

2013年11月18日07:36:00，某電廠的2號機組完成A級檢修后首次沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速升至接近一階臨界轉(zhuǎn)速1600r/min時，3號瓦軸振達到保護值而跳機；隨后兩次沖轉(zhuǎn)，汽輪機轉(zhuǎn)速升至1600r/min時，振動保護動作跳機，3Y基頻振幅達到325μm；后對3號瓦進行揭上瓦檢查，對4號瓦翻瓦檢查下瓦烏金情況，拆高中對輪罩檢查對輪螺栓情況，經(jīng)檢查未見異常。

2013年11月20日，因過臨界的頻率以基頻為主且相位穩(wěn)定，反映出不平衡質(zhì)量是主要激振力。采取動平衡方法，以鍵相槽為零點，在3瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)動方向340°加配重1180g，在4瓦側(cè)逆轉(zhuǎn)動方向340°加配重1173g。加重后于2013年11月21日2:57:00沖轉(zhuǎn)，過一階臨界時，3瓦X、Y方向振動分別為156μm、334μm，所以又打閘停機。停機后對中壓轉(zhuǎn)子進行第二次加配重，在3瓦側(cè)120°加配重596g、在4瓦側(cè)120°加配重602g。

2013年11月21日16:00:00，汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中3號瓦振動都較平穩(wěn)，過一階臨界時，3瓦X/Y方向基頻振幅分別為89μm/167μm；轉(zhuǎn)速升至3000r/min時3瓦X/Y方向通頻振幅分別為66μm/76μm。

表1 某電廠中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加重的影響系數(shù)

圖1 2號、3號軸承及軸承座原結(jié)構(gòu)

動平衡的影響系數(shù)見表1，在3瓦側(cè)和4瓦側(cè)加相同的配重，影響系數(shù)差別比較大。雖然4瓦結(jié)構(gòu)與3瓦不同，且4瓦側(cè)通過中低對輪與低壓轉(zhuǎn)子相連之后，對4瓦的軸振有一定的約束作用，使得4瓦側(cè)對配重沒有3瓦側(cè)那么敏感，但中壓轉(zhuǎn)子兩端加重的影響系數(shù)正常情況下不應該相差那么多，反映出3瓦等效支承剛度較弱使其對不平衡質(zhì)量很敏感。

圖2 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之前的結(jié)構(gòu)

圖3 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之后的結(jié)構(gòu)

2 故障原因分析

該型亞臨界600MW機組的2號、3號軸承均位于軸承座內(nèi)，由于軸承座包含2號、3號軸承以及推力軸承，2號、3號軸承靠得很近且結(jié)構(gòu)相同，因結(jié)構(gòu)緊湊而且復雜，空間比較狹小，給現(xiàn)場的檢修和測量工作帶來了一定的困難，容易對檢修的質(zhì)量造成較大的影響。如果現(xiàn)場檢修過程中未嚴格執(zhí)行軸承的安裝工藝標準，將會導致2號、3號軸承過臨界的軸振偏大。

多臺該型機組檢修之后，2號、3號軸承過臨界的軸振都是以基頻為主，體現(xiàn)出一階不平衡質(zhì)量的影響。

另外，中壓轉(zhuǎn)子是雙分流結(jié)構(gòu)，動平衡過程中在中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)加的平衡塊質(zhì)量相同，但中壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)影響系數(shù)的差別比較大（3號和4號軸承的結(jié)構(gòu)并不相同），3瓦的不平衡響應很敏感，可推斷出3瓦的等效剛度偏低，在A級檢修過程中產(chǎn)生一定的不平衡質(zhì)量后會在3瓦側(cè)引起較大的振動。

該型機組2號、3號軸承襯環(huán)為四個弧面接觸形式，軸承瓦塊對軸頸的約束下降，是導致2號、3號軸承等效剛度偏弱的其中一個因素（見圖1）。

綜上所述，導致該型機組2號、3號軸承過臨界的軸振偏大的主要原因包括：支承系統(tǒng)等效剛度較弱、檢修后轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量變化。

3 針對性處理措施及效果

因該型機組要開展通流改造，故利用通流改造機會，對該故障進行治理。

3.1 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化

因2號、3號軸承襯環(huán)剛度較弱，故采用有限元方法計算軸承支架的變形量，并結(jié)合該軸承襯環(huán)結(jié)構(gòu)的自身特點，對軸承襯環(huán)的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。如圖2所示，原襯環(huán)為四個弧面接觸形式，安裝應力對原襯環(huán)的影響比較大，容易變形。

如圖3所示，軸瓦襯環(huán)經(jīng)過優(yōu)化之后，增大了襯環(huán)的寬度，使襯環(huán)整圈外圓接觸。

如圖4和圖5所示，采用有限元方法計算了軸瓦襯環(huán)優(yōu)化前后的變形量。根據(jù)有限元計算結(jié)果，軸承襯環(huán)改用整圈外圓接觸形式后，除確保安裝時襯環(huán)外圓受力均勻外，還會進一步限制襯環(huán)的變形量，相當于提高了剛度。在同樣給定0.05mm的過盈量的情況下，再加上轉(zhuǎn)子的靜載和動載，整圈過盈的襯環(huán)剛性明顯好于只有四個弧面接觸的原結(jié)構(gòu)。

3.2 軸承座增加三角支承

如圖6所示，改造前2號、3號軸承支承采用的是彈性支承，支承板截面最薄處厚度為41.5mm，軸承座的彈性支承剛度相對較弱，因此在彈性支承的側(cè)面增加三角支承，以進一步提高軸承座的剛度。

3.3 提高出廠動平衡要求

圖4 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之前的變形量

圖5 軸瓦襯環(huán)優(yōu)化之后的變形量

圖6 軸承座的彈性支承和新增三角支承

圖7 某電廠2號機改造后通過一階臨界轉(zhuǎn)速

該型機組通流改造過程中要更換新的汽輪機轉(zhuǎn)子，故提高新的高、中壓轉(zhuǎn)子動平衡出廠要求，要求新的高、中壓轉(zhuǎn)子在制造廠高速動平衡過程中3000r/min下的振動＜1mm/s，過臨界振動小于制造廠標準的三分之一，盡量減小剩余不平衡質(zhì)量。

3.4 治理效果

以前面的某電廠2號機為例，處理后的軸承振動見圖7，采用針對性措施后，啟機過程中，該機組的振動能通過臨界轉(zhuǎn)速，其中3瓦過臨界時振動通頻幅值由370μm降低到232μm。

4 結(jié) 論

部分600MW機組在啟機過一階臨界時，出現(xiàn)了2號、3號軸承的相對軸振偏大影響機組正常啟動的問題。因此從軸承襯環(huán)、軸承座的結(jié)構(gòu)、中壓轉(zhuǎn)子兩端的動平衡影響系數(shù)等方面進行了分析，認為主要原因是2號、3號支承系統(tǒng)的等效剛度較弱、檢修過程中轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的變化。利用通流改造的機會，采用有限元方法對軸承的襯環(huán)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并在軸承座增加三角支承、提高出廠動平衡精度，實現(xiàn)了該型600MW機組啟動過程中2號、3號軸承的相對軸振能通過臨界狀態(tài)，為同類型機組處理該問題提供一定的參考。

[1] 張學延.汽輪發(fā)電機組振動診斷[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 張學延，張衛(wèi)軍，周亮，等.國產(chǎn)600MW超臨界汽輪發(fā)電機組振動問題分析及處理[J].熱力發(fā)電,2006,35(7):44-47.

[3] 張學延，史建良，李德勇.國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機組振動問題分析及治理[J].熱力發(fā)電，2009,38(9):1-6.

[4] 劉樹鵬,王延博,宋文希,等.某電廠600MW機組差脹、振動故障診

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[5] 劉樹鵬,何國安,張學延.某電廠600MW機組振動故障診斷及處理[J].汽輪機技術(shù),2012,54(6):467-468.

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

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