淺析汽輪發電機組勵磁小軸振動分析與處理

李朋信

（華潤電力（唐山曹妃甸）有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

華潤電力（唐山曹妃甸）有限公司3#機組為上海汽輪機廠設計制造1000MW汽輪機組，汽輪機型號為N1050-28/600/620，型式為超超臨界、一次再熱、單軸、五缸六排汽、三背壓、凝汽式汽輪機，采用十一級回熱抽汽。發電機為上海發電機廠引進德國西門子公司生產的QFSN-1050-2型三相同步氫冷汽輪發電機。自3#機組調試期開始勵磁小軸9#瓦的軸振在機組沖轉及定速3000r/min時均正常，在機組并網后勵磁小軸軸振增大，且呈周期性波動現象，最大振幅由65μm逐步增大到145μm左右，瓦振正常。（詳見DCS運行曲線），通過調整潤滑油量、氫氣溫度、定冷水溫度等運行參數，使勵磁小軸軸振維持在95～120μm運行，但隨著機組升降負荷，勵磁小軸振動變化較大，威脅到了機組安全穩定運行。

圖1

表1 機組運行期間振動值

2 振動情況分析及處理

（1）針對勵磁小軸9#瓦軸振周期性波動異常現象，組織專業團隊在機組運行期間通過對蒸汽溫度、壓力、氫溫、密封油溫、勵磁等進行分析均未找到直接相關性，隨即與發電機廠家、國內權威振動專家進行咨詢確定進一步排查步驟。

首先，利用機組臨停契機對9#瓦解體檢查，對標機組安裝數據，對各部間隙及勵磁小軸晃度進行測量，9#瓦軸徑的晃度18μm。結合上汽集團發電機廠家安裝說明書，晃度標準值為≤25μm，現9#瓦晃度在標準范圍內。

其次，通過開展AVC調節試驗等工作排除了周期性波動與振動、電流、電壓的相關性，并將排查方向集中在了勵磁集電環及碳刷處，對碳刷分布電流調整后無明顯改善，參考電力論文《640MW發電機軸承振動周期性波動原因分析》進行對比分析，振動特性與我司現狀較為相似，該論文得出結論為發電機碳刷過硬，在長時間運行后碳刷磨損量不一致引起振動，制定更換品牌改變摩擦力和硬度方案。對勵磁碳刷型號及品牌由原羅蘭LGC554全部變更為摩根NCC634，共更換正負極192塊碳刷，9#瓦軸振周期性波動異常現象減小，勵磁小軸振動值維持在85～95μm之間。

（2）在機組臨停啟動后（因停機時間較短，無法進行解體處理）勵磁小軸振動值爬升至147μm，已達到手動打閘值。通過增大9#瓦進油量、提高氫氣溫度和定冷水溫度等措施，振動峰值逐步降低，維持在90～123μm，保持運行。

圖2 振動最大值及調整參數后曲線

圖3 振動維持在90～120μm之間運行

（3）利用振動信號采集分析裝置—SKVMA9172（儀器編號∶LJ1-19G125），接入TSI系統，測量機組振動數據。監測8#、9#軸振和瓦振趨勢圖如下圖4。

圖4

振動數據表明：振動變化分量是一倍頻，8#瓦和9#瓦振動幅值變化趨勢是反相變化，查DCS數據，振動變化與負荷、轉子電流有相關性，負荷升高，轉子電流增大時，9#瓦軸振和瓦振增大，8#瓦振減小。

通過運行數據對比，4#機組9#瓦溫度比3#機組9#瓦溫度高10℃，且調整發電機氫氣溫度及定冷水溫度后振動明顯得到改善，分析認為機組振動由以下原因造成。9#軸承負載偏低，油膜建立不好；發電機與勵磁小軸同心度較差。

結合上述分析結果，因考慮勵磁小軸軸振只能通過機組沖轉、并網后才能進行效果檢驗，專業團隊決定利用機組檢修期間首先對9#瓦頂部間隙、上抬量及轉子同心度進行檢查并處理。

（1）檢查發電機轉子與勵磁小軸轉子同心度，未發現異常，同心度在標準范圍內。

（2）對9#瓦軸承進行解體檢修，9#瓦頂部間隙通過壓鉛絲（兩側45°瓦塊處放鉛絲，并在接合面放入0.50mm墊片）及抬軸法（轉子上方架表，軸瓦結合面兩端架表）進行雙重驗證，兩種方法測得頂部間隙為0.61mm，結合座式軸承圖紙（見圖5）得出軸瓦頂部間隙為0.195～0.255mm，決定在可傾瓦墊塊底部加墊，使頂部間隙變為0.26mm，按標準上限進行調整。因可傾瓦調整頂部間隙需通過底部墊塊加減墊片進行調整，調整量需用實際調整量乘以修正系數k后，才能真正反映軸瓦頂部間隙調整值。對于4塊可傾瓦滑動軸承＝45°，頂部間隙=1.1716乘以調整值（加減墊），即可計算出在可傾瓦兩側底部加入0.30mm墊片，即可將頂隙減小0.35mm，最終測得頂部間隙為0.29mm。

圖5

（3）對勵磁小軸上抬量（標高）進行調整，首先測量勵磁小軸實際上抬量。在上瓦吊出，下瓦在軸承座時，通過利用機械千斤頂將轉子頂起1.16mm不動為止，然后將下瓦翻出，勵磁小軸轉子第一次下沉0.47mm，第二次下沉0.42mm，說明軸瓦將勵磁小軸抬高0.445mm。將下瓦翻出，讓轉子回到無軸瓦支撐狀態，利用機械千斤頂測得勵磁小軸第一次抬量1.50mm，第二次抬量1.53mm，松千斤頂后均回0位，兩次測量平均數為1.51mm，那么轉子的中心位置應該為0.75mm。現9#軸承將勵磁小軸轉子抬高0.445mm，為使勵磁小軸處于中心位置，因此在決定在9#瓦軸承座底部加0.30mm墊片，使勵磁小軸與整個軸系對中。調整后測量勵磁小軸上抬量為0.75mm。

圖6

3 效果確認

在2021年3月26日機組啟動后，汽輪機轉速3000r/min時，各項運行參數（氫氣溫度、定冷水溫度、軸瓦進油量）均已調整為正常值時，勵磁小軸9#瓦軸振為23μm，帶勵磁并網后振動值始終維持在22～30μm之間。通過以下檢修策略徹底解決了汽輪發電機勵磁小軸在機組沖轉及定速期間振動的異常。

（1）更換勵磁碳刷使勵磁小軸周期性振動現象消失。

（2）調整勵磁小軸上抬量增加9#軸承負載力。

（3）調整軸瓦頂隙增加油膜剛度。

機組并網后，勵磁小軸軸振增大，且呈周期性波動，此種方法值得同類型機組存在勵磁小軸振動的情況進行參考借鑒。

圖7 機組運行曲線

表2 機組運行期間振動值