330 MW機組勵磁機振動故障分析與處理

劉 宇，何兆波，張海濤，唐士明，金俊先

(1.國家能源集團科學技術研究院有限公司，江蘇 南京 210046；2.國能雙遼發電有限公司，吉林 四平 136400；3.國能哈爾濱熱電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

振動是影響汽輪發電機組安全性的重要參數之一，機組振動可分為強迫振動與自激振動。火電機組常見的振動故障原因有質量不平衡、動靜碰磨、油膜振蕩與汽流激振等[1]。

質量不平衡是引起振動故障常見原因，現場動平衡是處理旋轉機械振動故障的有效手段[2-5]。

1 設備與故障概述

1.1 設備概況

某電廠汽輪機是由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的亞臨界參數、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、雙抽供熱凝汽式汽輪機，型號為N330/C255-16.67/0.8/537/537；發電機由哈爾濱電機廠有限責任公司生產，型號為QFSN-300-2；勵磁機型號為JL-1434-4。汽輪機軸系簡圖見圖1。

圖1 機組軸系簡圖

1.2 故障概述

電廠于2020年3月—5月進行A級檢修，于5月19日進行修后首次沖轉，順利定速3000 r/min，而后停機備用。備用期間對勵磁機進行檢修，于6月7日再次進行沖轉，沖轉過程中勵磁機7X振動數值最高超過200 μm，定速后7X振動數值達102 μm，數值偏高。

2 振動故障分析

5月19日A級檢修后首次沖轉，勵磁機轉子通過臨界轉速2300 r/min各軸瓦振動數值見表1，定速3000 r/min后，各軸瓦振動數值見表2。

表1 A修后首次沖轉2300 r/min振動數值

表2 A修后首次沖轉3000 r/min振動數值

備用期間對勵磁機進行檢修，檢修過程中解開勵磁機與發電機對輪，恢復后對輪晃度達80 μm。于6月7日再次沖轉，勵磁機相關各軸瓦振動數值見表3、表4。

表3 勵磁機修后2300 r/min振動數值

表4 勵磁機修后3000 r/min振動數值

由表3、表4中可以看出，勵磁機檢修后，通過臨界轉速時振動以1倍頻為主，且振動數值較首次沖轉發生較大改變。7X振動的頻譜圖與波德圖分別見圖2、圖3。由圖2、圖3中可以看出，勵磁機7瓦振動主要以1倍頻為主，波德圖中可以看出7X振動數值隨著轉速變化存在典型的波峰，判斷7X振動偏高的主要原因為質量不平衡。

圖2 7X振動的頻譜圖

圖3 7X振動的波德圖

3 振動故障處理

對于勵磁機質量不平衡故障，現場動平衡試驗是有效的故障處理手段[6-8]。

3.1 平衡原理

a.測量原始振動

把轉子轉速升高到第一臨界轉速附近，測量軸承振幅和相位，根據需要可選用定速或者變速測量。

b.試加重和測量加重后的振動

選取一階試加重，求出各個選定平面上的加重值，依次加到各個平面上。重新啟動轉子，重復第一步驟，測量試加重后的振動。

c.計算一階平衡重量

求出一階平衡重量Q1與試加重P1的比值α1，計算式為

(1)

A1+B1=(A01+B01)-(A0+B0)

(2)

式中：A0、B0為轉子上未加重時在相應轉速下的2個軸承振動；A1、B1為轉子上加了P1后，在2個軸承上引起的加重效應；A01、B01為轉子上加了P1后軸承的振動。

這里的試加重P1實際上為一組重量，為計算平衡方便，一般以某一平面上加重數值和方向為準。

把每個平衡面上的試加重重量分別乘以α1，即可獲得每個平衡面上所需的一階平衡重量的數值和方向。

3.2 現場動平衡過程

考慮電廠的啟動周期與加重便利，第1次配重在勵磁機與發電機對輪，加重方向為360 g∠168°，配重后啟動機組，勵磁機相關各軸瓦通過臨界轉速與定速3000 r/min振動數值見表5、表6。

表5 對輪加重后勵磁機2300 r/min振動數值

表6 對輪加重后勵磁機3000 r/min振動數值

由表中振動數值可以看出，在對輪上配重后平衡效果未達到最佳值，臨界轉速下7X振動數值雖有下降，但工作轉速下振動數值依然偏高。

分析認為對輪上加重質量受到限制，且配重的形式為跨外配重，對于型號為JL-1434-4的勵磁機，對跨外配重的振動響應不明顯，如需取得良好的平衡效果，應在轉子的跨內加重。

保留對輪上已有配重，在勵磁機7瓦側風扇環配重340 g∠200°。轉子跨內配重后，再次啟動機組，勵磁機相關各軸瓦通過臨界轉速與定速3000 r/min振動數值見表7、表8。

表7 風扇環加重后勵磁機2300 r/min振動數值

表8 風扇環加重后勵磁機3000 r/min振動數值

勵磁機風扇環加重后，7X啟動過程波德圖見圖4。

圖4 風扇環配重后7X振動的波德圖

3.3 處理結果

通過在勵磁機風扇環上配重，勵磁機轉子平衡良好，順利通過臨界轉速，轉子定速3000 r/min后，勵磁機相關各軸瓦振動數值均達到優秀水平。

3.4 加重形式對勵磁機影響對比

本次勵磁機現場動平衡試驗分別在勵磁機與發電機對輪處、勵磁機7瓦側風扇環處進行配重，可以看出在勵磁機轉子跨內與跨外配重效果存在一定的差異，表9為2次配重對7X影響系數的對比。由表9中可以看出，轉子對跨內配重的響應顯著大于跨外，在進行類似振型的平衡時，應優先選擇跨內加重。

表9 2次配重對7X振動影響系數的對比

4 結論

a.該勵磁機7瓦振動數值偏高的原因為質量不平衡，質量不平衡的振動特征為1倍頻振動分量較大，且振動穩定。

b.采用現場動平衡試驗可較好地解決質量不平衡故障。因檢修條件限制，對輪晃度超標不嚴重情況下，可通過現場動平衡解決振動故障。

c.對于勵磁機轉子，在轉子跨內加重的響應效果要優于跨外，現場動平衡試驗時應優先選擇在轉子跨內進行配重。