核電站半速汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷與處理

黃前進(jìn) 劉 濤 王衛(wèi)東

大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司 廣東深圳市

1.概述

核電站半速汽輪發(fā)電機(jī)組是東方電氣與ALSTOM聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的1086.94MW機(jī)組，高中壓合缸，兩個(gè)低壓缸為雙流對(duì)稱布置。發(fā)電機(jī)是4極半轉(zhuǎn)速同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子軸頭懸掛帶有旋轉(zhuǎn)整流器的無(wú)刷勵(lì)磁

機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系（圖1）總長(zhǎng)度約55m，共設(shè)計(jì)有8個(gè)支撐軸承，均為3瓦塊結(jié)構(gòu)的可傾瓦，汽輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)采用彈性隔振基礎(chǔ)。

自機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)以來(lái)，一直存在2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)偏高問題，其中測(cè)點(diǎn)6水平向振動(dòng)（6H）定速時(shí)接近報(bào)警值90μm，降速過臨界振動(dòng)時(shí)達(dá)180μm；機(jī)組小修期間，在低壓轉(zhuǎn)子兩端平衡盤上對(duì)稱加重1490g，動(dòng)平衡后機(jī)組再啟動(dòng)過臨界轉(zhuǎn)速及定速時(shí)振動(dòng)均大幅度改善，取得良好效果。

圖1 軸系結(jié)構(gòu)圖

2.振動(dòng)分析診斷

自機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)以來(lái)，2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子兩端測(cè)點(diǎn)5、側(cè)點(diǎn)6初軸振動(dòng)一直偏大，其中6H空載振動(dòng)接近報(bào)警值90μm，帶負(fù)荷之后振動(dòng)有所緩解但仍處于高位，過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)6H軸振動(dòng)接近180μm（打閘限值250μm）。從表1數(shù)據(jù)和圖2波特圖可以看出，6H幅值相位穩(wěn)定，且以工頻分量為主，說(shuō)明低壓轉(zhuǎn)子存在著質(zhì)量不平衡，需要通過動(dòng)平衡的方法加以解決。

表1 動(dòng)平衡前振動(dòng)數(shù)據(jù) μm∠°

圖2 6H軸振動(dòng)波特圖

按照全速機(jī)低壓缸的振動(dòng)處理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，低壓缸過臨界振動(dòng)和工作轉(zhuǎn)速振動(dòng)的處理方式是不同的，前者主要受一階振型影響，需要在轉(zhuǎn)子兩端對(duì)稱加重，同時(shí)全速機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速介于一階和二階臨界轉(zhuǎn)速之間，其振動(dòng)更多的是受二階振型影響，轉(zhuǎn)子兩端振動(dòng)呈反相，需要在兩端反對(duì)稱加重來(lái)平衡。而半速機(jī)在工作轉(zhuǎn)速同樣也介于一階和二階臨界轉(zhuǎn)速之間，是否也可以按照全速機(jī)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)平衡，這里對(duì)其工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)進(jìn)行具體分析，以判定主要受一階還是二階振型影響，來(lái)決定平衡方式。

按照出廠資料介紹，該低壓缸一階臨界轉(zhuǎn)速為1097r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為2144r/min，所以工作轉(zhuǎn)速1500r/min介于兩者之間并更接近一階臨界區(qū)域；究竟是否一階振動(dòng)占主導(dǎo)地位，還需要進(jìn)一步觀察轉(zhuǎn)子兩端的振動(dòng)相位以及沖轉(zhuǎn)過程的波特曲線變化情況。

首先觀察該低壓缸兩端的振動(dòng)相位，從表1的數(shù)據(jù)可以看到，兩端軸振相位非常接近，6H和5H振分別為60μm∠358°和16μm∠4°，其中同相分量計(jì)算為38μm∠0°，反相分量為22μm∠176°，同相分量占相對(duì)主導(dǎo)成分；但據(jù)此判斷不平衡主要受一階振型影響的理由也并不充分，因?yàn)檎駝?dòng)相位既受主導(dǎo)振型影響，同時(shí)也受軸承支持狀況的影響，并不能完全以相位來(lái)判斷振型，還需要繼續(xù)觀察沖轉(zhuǎn)過程中的振動(dòng)變化情況來(lái)做進(jìn)一步判斷。

圖2所示為測(cè)點(diǎn)6H的波特圖，值得注意的是圖中1000r/min至1200r/min之間的兩處明顯峰值，都是由低壓缸的一階振動(dòng)所引起，只不過是由于水平和垂直方向的剛度差異造成了兩個(gè)方向振動(dòng)的耦合現(xiàn)象，從水平和垂直方向同時(shí)可以采集到兩處峰值，而水平向剛度較垂直向剛度低，所以轉(zhuǎn)速較低處的峰值即為水平向臨界轉(zhuǎn)速，而較高者則為垂直向臨界轉(zhuǎn)速，兩者分別為1070r/min和1170r/min。從該波特曲線可以看出在一階臨界區(qū)之前振動(dòng)相對(duì)較低，在一階臨界區(qū)振動(dòng)到達(dá)峰值，之后振動(dòng)緩慢下降直至定速，顯示一階振型的影響在逐漸減弱，但并未完全消失，而二階振型的影響還沒有顯現(xiàn)。

為了詳細(xì)分析，再觀察圖3中的同相分量波特圖，在一階臨界區(qū)域到達(dá)峰值后振動(dòng)開始下降，但并未恢復(fù)到之前幅值，顯示工作轉(zhuǎn)速下仍有相當(dāng)部分的一階振型成分，這與前述提及的同相分量較大是相吻合的。再看反相分量波特圖，雖然工作轉(zhuǎn)速下也占一定比例，但在整個(gè)沖轉(zhuǎn)過程中起伏很小，顯示二階振型遠(yuǎn)未激起，該低壓缸工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)主要還是受一階振型的影響。

3.處理措施

綜上所述，該低壓缸工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)高和過一階臨界振動(dòng)高都是受一階振型影響，可以把兩個(gè)問題合并處理。

一階振型的不平衡，可以通過在低壓缸跨中或兩端對(duì)稱加重的方式解決，跨中位置加重一般在制造廠使用，現(xiàn)場(chǎng)一般選擇低壓缸兩側(cè)平衡盤位置加重，只需打開平衡手孔即可操作。綜合過臨界振動(dòng)和定速振動(dòng)，并考慮并網(wǎng)升功率后的熱變量，指導(dǎo)原則是在保證機(jī)組順利啟動(dòng)并網(wǎng)的前提下，振動(dòng)能有所降低，故加重量有所保守，最終實(shí)際在2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子兩端平衡盤上各加重 1490g，角度 65°。

圖3 測(cè)點(diǎn)5H、6H軸振動(dòng)同反相波特圖

動(dòng)平衡之后，機(jī)組于啟動(dòng)剛定速時(shí)6H軸振動(dòng)約為51μm，較動(dòng)平衡之前降幅達(dá)到50%；滿負(fù)荷工況下5V和6V軸振均在50μm以下，振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

表2 動(dòng)平衡后軸振動(dòng)數(shù)據(jù) μm∠°

4.總結(jié)

全速機(jī)組的低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)，工作轉(zhuǎn)速下受二階振型影響較大，通常需要用反對(duì)稱加重來(lái)處理，而此次核電半速機(jī)低壓缸的首次啟動(dòng)過程中，呈現(xiàn)出一階臨界振動(dòng)和工作轉(zhuǎn)速振動(dòng)都大的振動(dòng)特點(diǎn)，通過對(duì)振動(dòng)幅值相位和同相反相波特圖的綜合分析，判斷出半速機(jī)工作轉(zhuǎn)速下的有效振型，分析其工作轉(zhuǎn)速振動(dòng)主要受一階振型影響，最終以轉(zhuǎn)子兩端對(duì)稱加重的方法同時(shí)解決，這為日后同型機(jī)組的動(dòng)平衡處理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡.中國(guó)電力出版社，2007

2 王延博，康鳳霞.振型波特曲線理論及其在軸系現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡中的應(yīng)用.機(jī)械強(qiáng)度，2006，28（1）