600 MW機組勵磁機轉子振動分析與處理

劉奇洪

（神華浙江國華浙能發電有限公司，浙江 寧海 315612）

上海電氣生產的600 MW亞臨界汽輪發電機組在國內很多發電廠都有安裝，不少機組出現過勵磁機轉子振動異常的情況，其中包括寧海發電廠1號機組。該汽輪發電機組采用N600-16.7/538/538型亞臨界、單軸、四缸四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機和QFSN-600-2型水氫氫冷卻、采用全進口靜態勵磁系統的發電機。整臺機組軸系長約46 m，如圖1所示。

圖1 寧海電廠一期汽輪發電機組軸系示意圖

11號軸瓦（簡稱11瓦）是支撐勵磁機轉子的軸承，也叫集電環軸承，處于汽輪發電機組尾部。它是4塊可傾瓦組成的自位式軸承，軸承分上下2半，下半軸承依靠2塊球面墊鐵支撐于下瓦座內，上半軸承的兩塊球面墊鐵被瓦蓋緊緊壓住。每塊球面墊鐵由4顆內六角螺栓固定，墊鐵與軸承之間有絕緣墊片 （一般采用環氧樹脂材料），保證軸瓦與瓦座之間絕緣。

1 軸振超標現象

機組A修后啟動，各瓦軸振情況良好，除10號軸瓦處Y方向（簡稱10Y，以下以此類推）軸振為84 μm稍微超出優良值外，其余各瓦軸振均在優良范圍內，見表1。

機組啟動后的第12天13∶33負荷528 MW，11Y軸振從57 μm經過5 h逐漸上升至78 μm，第13天20∶00達到93 μm。之后11Y軸振基本在90～110 μm 之間波動，最高達到 130 μm， 波動周期大約為一天1次。11Y軸振波動變化過程中，11X軸振變化平緩，從34 μm上升到52 μm。9，10號瓦軸振值穩定，振動相位也沒有明顯變化。第50天11Y軸振從117 μm降至85 μm，但11X軸振開始明顯爬升，波動情況正好相反。當11X軸振值爬升至187 μm時，安排計劃停機。 在停機過程中11X軸振最大升到322 μm，11Y軸振最大升到 145 μm。

表2 機組運行1個月期間11瓦軸振波動情況

2 第一次處理情況

停機后對11瓦進行解體檢查，發現軸瓦、軸頸表面均沒有損傷。用壓鉛絲方法測量發現瓦蓋與軸承之間原有緊力已無，并形成了一定的間隙，右上方墊鐵與瓦蓋間隙是0.35 mm，而左上方墊鐵與瓦蓋間隙是0.02 mm。在11瓦處軸頸上部測量軸頸在下瓦翻出后的下降高度值，即軸頸在下半瓦翻出后自然下降的高度為0.28 mm，比A修后的0.68 mm減少0.4 mm。在11瓦左上半墊鐵內側加0.05 mm厚不銹鋼皮，同時在右上半墊鐵內側加0.40 mm厚不銹鋼皮，將瓦蓋緊力調整到合格范圍（-0.05～-0.02 mm）內。在11瓦軸頸水平位置架設百分表并盤動轉子測得軸頸晃動度為0.09 mm，而按照廠家標準晃動度應小于0.05 mm，用力矩扳手緊固集發對輪軸器螺栓將軸頸晃動度調整到0.02 mm。檢查集電環風扇部位的平衡塊沒有發現松動現象，對集電環通風孔內部聚集的石墨顆粒物進行仔細清理。

機組重新啟動后11X軸振為0.022 mm，11Y軸振為0.046 mm，連續運行2個月都比較穩定。但2個月后11X，11Y軸振開始明顯增大，上升趨勢明顯，11X軸振上升至0.123 mm，11Y軸振上升至0.08 mm，振動值來回波動，證明此次處理并沒有找到11瓦軸振異常的真正原因。

3 軸振分析

對11瓦軸振進行頻譜分析，X，Y方向的半頻與2倍頻振動都比較小。從表2可以看出，11X軸振的峰峰值、1倍頻振幅與相位變化比較大，峰峰值由 30 μm上升至 136 μm， 又下降到 90 μm左右，而1倍頻振幅由 17 μm上升至129 μm后又下降到73 μm，11X軸振的1倍頻相位從181°增加至280°左右。11Y軸振的峰峰值變化不大，基本在60～80 μm之間波動，1倍頻振幅從109 μm下降至50 μm附近，1倍頻相位基本在306°～325°范圍波動。11X軸振探頭間隙電壓從-8.9 V變為-10.4 V，有1.5 V的大幅度波動，而11Y軸間隙電壓變化很小。

一般來說，引起軸振超標的因素主要來自軸系或軸承，軸系因素有轉子不對中、動靜碰磨、質量不平衡等；軸承因素有軸瓦損壞、油膜振蕩、軸承座松動、軸瓦支撐失穩等。以下采用排除法來分析11瓦軸振異常原因：

（1）轉子不對中會引起轉頻或多倍頻振動，而11瓦軸振以1倍頻為主，其它倍頻振動相對很小，因此可排除“轉子不對中”因素。

（2）11瓦在軸系最尾端，可能發生“動靜碰磨”的地方一般只有密封瓦或集電環碳刷處。如果密封瓦出現碰磨，則發電機9，10號密封瓦發生碰磨的可能性較大，而事實上發電機9，10號瓦軸振幅值及相位一直比較穩定，因此也可以排除“動靜碰摩”因素。

（3）如果是轉子質量不平衡引起的振動，則機組啟動時就會產生，或出現緩慢爬升，而11瓦軸振是來回波動，因此可以排除“轉子不平衡”因素。

（4）從上次解體檢查結果看11瓦軸承烏金及軸頸表面均沒有發現損傷，說明不是“軸瓦損壞”引起的振動。

表1 A修后首次3 000 r/min各瓦軸振值μm

（5）現場檢查11瓦軸承座地腳螺栓、中分面螺栓都沒有發現松動。

對于可傾瓦來說一般不會出現油膜振蕩。排除以上因素后，引起振動異常的原因最有可能就是軸承支撐失穩。

對11瓦解體檢查時發現，無瓦蓋緊力，并且軸頸在下瓦翻出后下降高度的數據比A修時減少了0.40 mm。檢查瓦蓋左右側緊固螺栓，沒有發現松動情況，另外瓦蓋抬升只會引起瓦蓋緊力消失，卻不能同時使軸頸在下瓦翻出后下降量減少。只有11瓦整體下沉才能導致這兩個現象同時出現。

11瓦下半部分是依靠2塊與水平方面呈45°的球面墊鐵支撐的，球面墊鐵與軸承之間有兩片相向放置的L型絕緣墊片，該片采用環氧樹脂材料制作，具有良好絕緣性能。如果絕緣墊片老化，就會使絕緣墊片疏松，無法承受轉子和軸承的壓力，當被壓縮而厚度減薄時必然會造成11瓦整體下沉。不過左右兩塊墊鐵的絕緣墊片壓縮量不一定相同，這樣就造成11瓦整體下降是偏斜的。這可以從第一次11瓦解體檢查時測量瓦蓋緊力的數據看出來，右上方墊鐵與瓦蓋的間隙為0.35 mm，而左上方墊鐵與瓦蓋的間隙只有0.02 mm。

對汽輪發電機相關參數進行分析，包括有功功率、無功功率、密封油溫、集電環進出口風溫、發電機勵磁電流、11瓦瓦溫、潤滑油溫等，發現11瓦振動、瓦溫和潤滑油溫有一定關聯性，而與其它參數都沒有明顯關聯性。潤滑油溫變化會使軸瓦高度發生微小變化，軸承對軸頸的支撐剛性也就有微小變化。對于軸承來說，當支撐剛性增大時軸振減小，支撐剛性減弱時軸振增大，軸承支撐剛性受到破壞時更能體現這一特點。

表2中探頭間隙電壓的變化情況也正好反映了軸承高度變化。由于間隙電壓與探頭和軸頸之間的距離成正比，當間隙電壓變大時說明探頭與軸頸之間距離大了。11X振動探頭間隙電壓從-8.9 V變為-10.4 V，說明11X振動探頭與軸頸間距離增大。排除了探頭松動的因素后，最終認為引起11瓦軸振大的原因是軸承高度降低。

4 第二次處理情況

再次解體11瓦，發現瓦蓋緊力完全消失，右上墊鐵與瓦蓋間隙為0.30～0.415 mm，左上墊鐵與瓦蓋間隙為0.115～0.365 mm，這次瓦蓋間隙與第一次處理時相比都更大了，尤其是左上墊鐵與瓦蓋的間隙。同樣，將軸瓦下半翻出后測得軸頸下降高度為0.34 mm，仍小于A修后0.68 mm。檢查發現下半軸承的兩塊球面墊鐵不同程度松動，其中11X振動探頭正對著的左下墊鐵用手就能輕松移動，11Y振動探頭正對著的右下墊鐵用銅棒輕輕一敲也能移動。由于在墊鐵表面覆蓋有絕緣的封堵片，一般情況下如果墊鐵沒有發現松動都不會去解體的，這是第一次振動未處理好的根本原因。

拆除固定墊鐵的4顆內六角螺釘，拿下墊鐵，取出墊鐵與軸承之間的2片L型絕緣墊片。仔細檢查就會發現墊片邊緣部位老化現象很明顯，出現發黑、疏松現象，用手擠壓能滲油，其中左下墊鐵的絕緣墊片老化現象更嚴重。

11瓦的絕緣墊片老化，說明廠家在絕緣墊片的選材方面還有待進一步改進。同樣是環氧樹脂材料由于選擇不同的添加劑其性能就不同。作為軸承絕緣墊片來說，選擇環氧樹脂材料要考慮以下幾個方面：

（1）良好絕緣性。

（2）具有較好抗沖強度。

（3）溫度變化時材質性能穩定。

（4）材質密度要高，具有優良抗水性。

特別說明，不能采用環氧玻璃布層壓板作為軸承絕緣墊片。因為環氧玻璃布層壓板由無堿玻璃布浸以環氧樹脂經熱壓而成，雖然絕緣性能好，但長期受到潤滑油的浸泡容易產生分層、疏松，出現如11瓦墊片老化情況。

墊鐵絕緣墊片老化疏松后，在轉子和軸承的壓力下被壓縮，使緊固墊鐵的螺栓緊力逐漸減弱直至消失，墊鐵就出現松動現象。同時墊片被壓縮后11瓦整體高度就會下降，導致出現瓦蓋緊力消失情況。

處理措施是更換上下半軸承墊鐵的絕緣墊片。委托加工廠按照舊墊片重新加工制作新墊片，材料仍然采用環氧樹脂，但要挑選密度高和抗壓性能好的材質，并嚴格按照廠家提供的安裝工藝導則進行檢修。

處理后機組重新啟動投運，11X軸振值22 μm，11Y軸振值23 μm。此后機組連續運行至今，11X，11Y軸振值一直都在25 μm以內，勵磁機轉子振動異常的問題得到了徹底解決。

5 結語

寧海發電廠1號機11瓦經過兩次處理，最終徹底解決了勵磁機轉子振動異常的隱患，為發電機組長期穩定運行提供了安全保障，可為同類機組處理軸振問題提供一些借鑒。

[1]郝開國.汽輪機設備檢修技術[M].北京∶水利電力出版社，1985.

[2]上海汽輪發電機有限公司.大型氫冷汽輪發電機及無刷勵磁機組安裝工藝導則（0A410.017）[M].1998.