LM6000燃氣輪機振動故障分析及處理

摘 要：由于清瀾電廠#3號航改型燃氣輪機在更換完高壓壓氣機葉片后產生了嚴重的振動故障，文章通過現場振動試驗和對振動信號的頻譜分析，找到了導致產生振動故障的原因，并通過現場動平衡試驗，消除了振動故障，使清瀾電廠#3號燃氣輪機組振動達到優秀水平，為國內現場解決航改型燃氣輪機組振動問題提供了重要的參考依據。

關鍵詞：燃氣輪機；高壓壓氣機；振動；動平衡

中圖分類號：TK17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0098-02

隨著我國能源結構的調整，以及燃氣機組具有啟停迅速、運行靈活、熱效率高等特點，使燃氣電廠在電力系統中得到了快速的發展。燃氣輪機組在高溫、高壓、高速下運行時，不可避免出現各種各樣的機械故障，其中燃氣輪機的振動尤其令人關注。由于燃氣輪機備件和維修費用昂貴，而較大振動可能導致燃氣輪機動靜部分發生碰撞，危害到燃氣輪機的安全，因此電廠對燃機的振動非常重視。

1 LM6000燃氣輪機概況

LM6000燃氣輪機是美國GE公司由航空發動機改型為輕型燃氣輪機，采用雙轉子結構，如圖1所示，主要由燃氣輪機主體、減速齒輪箱、發電機、控制系統及監測系統、消音箱體、進氣通風系統及其他輔助系統組成。燃氣輪機主體由5級低壓壓縮機（前面帶有一級可調入口導葉—VIGV），VBV排氣門，14級高壓壓縮機（前5級定子葉片可調— VSV），燃燒室，2級高壓鍋輪，5級低壓鍋輪及附件齒輪箱等構成。其中低壓壓氣機為5 級，壓比為2.4，高壓壓氣機為14 級，壓比為12。高壓壓氣機采用水平可分開的上下蓋結構，不需要將機組從安裝的箱體中拆下，再回裝，可現場打開，這種結構有利于機組的現場排故工作。低壓轉子的額定轉速為4 325 rpm，高壓轉子額定轉速為10 800 rpm，通過減速箱減速到3 000 r/min后，拖動發電機發電。LM6000燃氣輪機機組采用美國BENTLY 208P振動監測系統，監視燃機高低壓轉子和發電機的相關振動。

2 振動產生的原因

清瀾電廠于2001年將3臺燃油機組改成燃氣—蒸汽聯合循環的LM6000PA航空輕型燃氣輪機機組，主要承擔海南電網的調峰任務。由于燃氣輪機備件和維修費用昂貴，從成本考慮，清瀾電廠燃氣輪機一直未進行燃氣輪機本體大修。由于GE公司于2007年發表了內容為燃機高壓壓氣機第3級動葉由于材料的原因可能斷裂，升級后的第3級葉片改變了新的材料；第4、5級動葉由于熱處理的原因可能斷裂，升級后的葉片改變了熱處理工藝的SB229公告，根據GE公司的公告和電廠的實際情況，決定對電廠3臺燃氣輪機高壓壓氣機葉片進行更換處理。#1、#2號燃氣輪機在更換完相關的高壓壓氣機轉子葉片后，振動有少許增加，皆滿足運行和機組振動要求，更換前滿負荷的最大振動值是0.43 in/s， 更換后滿負荷時的最大振動值是0.45 in/s。但#3號燃氣輪機在更換完相關的高壓壓氣機轉子葉片后，出現了振動超標的問題，最大時達到2.5 in/s。并在實際運行中，振動有增加的趨勢，清瀾電廠為了機組運行的安全性，將#3號燃機轉為緊急備用狀態。

3 振動頻譜分析

燃氣輪機機組由于軸系復雜， 產生振動的因素較多并且比較復雜，很多振動故障有著相同的故障表現， 同一振動故障也可能有多方面的反映，對振動信號進行頻譜分析，找到振動產生的根本原因，才能有效的排出振動故障。清瀾電廠委托中國航天科技集團公司608研究所和東南大學火電機組振動國家工程研究中心對#3號機組進行振動測試并查找振動的原因。通過振動試驗，得到了相關振動信號分析數據和分析圖，如表1及圖2所示。

通過對振動試驗中的數據和相關頻譜信號進行分析可知，高壓轉子在升速和停機過程高壓轉子振動較大，超過規定的標準范圍，甚至停機過程中的高壓轉子振動幅值超過報警值和停機值。并且高壓轉子中振動的主要頻率成分為1X即1倍頻振動，振動的幅值與相位數據穩定。因此可以判斷造成該燃機高壓轉子振動超標的原因是高壓轉子存在較大的不平衡質量。

4 振動處理

要解決因為高壓轉子的不平衡質量導致的3#號燃氣機組振動超標的問題，清瀾電廠對#3號燃機進行了動平衡試驗。根據對高壓轉子不平衡質量分布狀況的分析，確定在高壓壓氣機第五級葉片位置進行加重。加重角度以鍵相標記位置為起點，逆轉速方向計算。第一次試加重方案：15 g（3塊平衡塊）∠135°（葉片編號2和3之間為中心點）；第二次試加重方案： 25 g（5塊平衡塊）∠255°（葉片編號33和34之間為中心點），通過對2次試加重數據進行分析，最后確定加重方案為：35 g（7塊平衡塊）∠330°（葉片編號23和24之間為中心點），加重后，高壓轉子振動幅值到達規定范圍，具體數據如表2所示。

5 結 論

燃氣輪機的振動關系到機組的安全運行， 導致振動的原因比較復雜。本文通過振動試驗對燃氣輪機組的振動數據和信號進行分析，找到導致3#號燃氣機組振動超標的原因是由于高壓轉子的不平衡質量產生的，電廠對#3號燃機進行了現場動平衡配重試驗，試驗后#3號燃機在正常負荷時振動值從1.0 in/s降到了0.2 in/s左右，使燃機的振動幅值達到全廠最低。

參考文獻：

[1] 朱啟寶. LM5000燃機HPC振動研究[D].上海：上海交通大學，2005.

[2] 董建國，田劍波.燃氣輪機的振動故障分析燃[J].燃氣輪機技術，2004，（2）.