200 MW機組低發對輪中心變化對振動影響分析及處理

張曉麗，孫振波，陳懷勝，花雪生

(1.沈陽金山能源股份有限公司金山熱電分公司，遼寧 沈陽 110101；2.沈陽華潤熱電有限公司，遼寧 沈陽 110043)

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200 MW機組低發對輪中心變化對振動影響分析及處理

張曉麗1，孫振波2，陳懷勝2，花雪生2

(1.沈陽金山能源股份有限公司金山熱電分公司，遼寧 沈陽 110101；2.沈陽華潤熱電有限公司，遼寧 沈陽 110043)

200 MW機組檢修前振動處于良好水平，檢修中未做影響轉子質量平衡工作，修后啟動轉速在2 000 r/min時，發電機轉子5、6瓦振動大，機組跳機。排除低發對輪裝配工藝不當及摩擦因素后，機組轉速也未能升到2 200 r/min，通過3次動平衡，機組順利帶滿負荷。實踐證明，該機組低發對輪中心變化對振動影響顯著，其檢修工藝對其它機組具有借鑒意義。

發電機轉子；中心變化；振動；動平衡

某電廠3號汽輪機為200 MW超高壓、一次中間再熱、單軸、兩缸、雙排汽、雙抽、凝汽供熱式汽輪機，發電機的額定容量、電壓和電流分別為23 529 kVA、18 kV和7 547.1 A，冷卻方式為空氣冷卻，型號為WX23Z-109LLT。發電機一階臨界轉速為860 r/min，二階臨界轉速為2 298 r/min，汽輪機及發電機轉子支撐軸承均為落地式軸瓦。

機組檢修前振動處于良好狀態，檢修后啟動轉速在2 000 r/min時，汽輪機轉子軸振和瓦振都在50 μm以內，而發電機轉子的5、6瓦振動大，5瓦垂直振動為82 μm，機組跳機，發電機轉子無法達到二階臨界轉速。在排除低發對輪裝配工藝不當及摩擦因素后，機組也未能升到2 200 r/min，通過3次動平衡后，發電機轉子過二階臨界轉速時瓦振小于20 μm，工作轉速時瓦振小于30 μm，機組順利帶滿負荷。

1 檢修情況

1.1 發電機轉子

將發電機解體，抽出轉子，對各部分進行吹灰、擦拭、清理和檢查，對轉子本體、護環、中心環及風扇葉進行探傷。檢修中只發現定子鐵芯有11處局部過熱，其余部分正常，轉子上只對兩側風扇葉進行了拆裝，其余部分沒有處理。

1.2 低發對輪中心

檢修前后低發對輪中心發生了很大變化。全實缸狀態下，修前低發對輪圓心差嚴重偏離標準值，為使之能在標準范圍內，發電機轉子由修前比低壓轉子高0.20 mm，調整為低0.045 mm，由修前向左偏0.175 mm，調整為向右偏0.015 mm；端面偏差未能調整到標準范圍內，下張口由修前的0.10 mm調整到0.065 mm，由修前左張口為0.04 mm調整為右張口0.05 mm(見表1)。

表1 檢修前、后低發對輪中心 mm

1.3 低發對輪組合晃度及同心度

低發對輪低壓側對輪組合晃度修前2—8點最大為50 μm，修后1—7點最大為70 μm；電機側對輪組合晃度修前5—11點最大為80 μm，修后4—10點最大為90 μm。低發對輪同心度修前5—11點最大為70 μm，修后1—7點最大為150 μm。低發對輪低壓及電機側單跳最大為50 μm，組合后低壓側變化不大，而電機側變化大，低發對輪組合晃度及同心度修后超過了標準要求的30 μm(見表2)。

表2 低發對輪組合晃度及同心度 μm

1.4 低發對輪連接

低發對輪采用錐形套液力螺栓連接，在拆裝時，需要使用專用的拉伸裝置對螺杠進行拉長，但需控制螺杠伸長量，目的是裝配時實現螺栓、錐形套和對輪三者無間隙配合，拆卸時更好地釋放拉應力，減小螺帽承受的壓力，實現螺栓、錐形套和對輪三者分離。在低發對輪螺栓檢修拆裝時，沒有使用專業工具，由于運行時機組出現振動，后來用專業工具重新進行了裝配。

2 振動情況

2000年9月26日，機組進行大修后首次啟動，轉速升至2 000 r/min時，5瓦垂直振動達到82 μm，機組跳機(振動保護為單瓦達到80 μm機組跳機)，而后對5瓦振動保護跳機值進行了調整，跳機值增大至100 μm時，又進行一次啟動，結果和首次同樣，5瓦振動大發生跳機，轉速未能通過2 200 r/min。機組振動具有以下特征。

a.2次啟動振動具有很好的重復性，5、6瓦振動以工頻為主，振動高點相位相差180°左右。

b.5、6瓦X方向軸振遠大于Y方向，5Y、6Y軸振通頻與工頻相差比較大。

c.5瓦Y向軸振小于5瓦振動，6瓦Y向軸振與6瓦振動接近。

d.5瓦的頂軸油壓表讀數與修前相比波動特別大。

e.該轉速接近發電機轉子二階轉速。

3 第1階段消振

3.1 復查發電機風扇

檢修時對發電機風扇進行了拆裝，如果回裝錯位，有可能產生質量不平衡，因此，揭開發電機兩端上端蓋，復查發電機風扇安裝情況，經過確認可知安裝正常。

3.2 復查低發對輪連接

低發對輪螺栓連接緊力差別大，隨轉速升高，振動加強，為此復查低發對輪螺栓連接緊力情況，發現連接螺栓螺母松緊不一，該連接螺栓為錐形套液力螺栓，拆裝沒有按照工藝要求施工，為此請專業人員按照工藝要求進行了重新安裝。

3.3 復查5、6瓦間隙

對5、6瓦上瓦進行解體檢查，5瓦左下、6瓦右下油檔有輕微磨痕，左右及頂部間隙正常。

3.4 復查低發對輪晃度

低發對輪組合晃度電機側最大為88 μm，與修后測量值相當且與高點值位置相對應。

4 第2階段消振

該廠共有3臺機組，全部擔負城市供熱任務，此時機組已進入供熱期，1號機組在檢修，2號機組鍋爐水冷壁泄漏，所以3號機組能夠盡快投運至關重要，復查轉子中心需要幾天時間，本次暫不進行轉子中心復查。9月30日再次啟動時，發現振動沒有多大改觀，當轉速為2 220 r/min時，5瓦振動達95.9 μm(見表3)，手動打閘停機，振動保護調整到100 μm，升速時5、6瓦振動波德圖見圖1。

表3 第1階段消振后啟動振動數據

圖1 5、6瓦振動波德圖

4.1 振動原因分析[1]

機組修前振動不大，修后未做影響轉子質量平衡的檢修工作(排除發電機轉子拆裝風扇影響)，修后轉速達2 220 r/min時，發電機轉子振動大，打閘停機。振動屬于穩定的普通強迫振動，發電機轉子存在二階質量不平衡，可以排除轉子一階不平衡和電磁力的影響，不能排除的是低發對輪高差、同心度及晃度的影響，幾種因素耦合在一起，引起發電機轉子振動。

a.對轉子振型影響

低發對輪高差的變化對軸瓦載荷、轉子支撐狀態都有影響，可改變軸瓦振動模態特性，使轉子振型發生變化。大修前后低發對輪高差發生變化，有可能改變轉子振型，破壞轉子原有平衡，從而引起發電機轉子振動。

b.對轉子激振力影響

低發對輪同心度及組合晃度在修后比修前大，會使轉子承受額外的激振力，引起了發電機轉子振動，通常振動頻譜以1X、2X為主，也可能產生更高頻率的振動諧波分量。平衡前轉速為2 220 r/min時，5Y、6Y軸振動諧波分量豐富，2X振動分量大于1X(見圖2)，平衡后轉速為2 220 r/min時，5Y、6Y軸振動以1X為主，其余軸振動沒有諧波分量(見圖3)。

圖2 平衡前5Y、6Y軸振動頻譜圖

圖3 平衡后5Y、6Y軸振動頻譜圖

c.對X、Y方向軸振動影響

低發對輪圓心差的改變不僅改變了動靜間隙，也會改變轉子軸心位置，使軸瓦油膜剛度差別較大，從而使X、Y軸振動出現偏差，發電機轉子徑向剛度不對稱，也可使X、Y軸振動出現偏差。由于修前發電機轉子X、Y方向軸振動沒有較大偏差，修后出現的較大軸振動偏差與低發對輪圓心差變化較大有關，啟動過程中，平衡前5瓦軸心位置極不穩定(見圖4)，平衡后軸心位置相對穩定(見圖5)。

圖4 平衡前5瓦軸心位置圖

圖5 平衡后5瓦軸心位置圖

d.對軸瓦載荷影響

修前發電機轉子高于低壓轉子，修后發電機轉子低于低壓轉子，低發對輪連接后會使5瓦載荷減小，6瓦載荷加重。低發對輪端面下張口修后比修前略有減小，對輪連接后對5瓦載荷影響不大。修后發電機轉子低于低壓轉子會使5瓦載荷減小，使軸系剛度發生改變，修后的5瓦振動大于5瓦Y向軸振及油膜壓力波動大的原因是5瓦載荷較輕，6瓦Y向軸振與6瓦振動接近的原因是6瓦載荷較重。

4.2 平衡過程

a.2 200 r/min時動平衡[2]

依據2 220 r/min時的振動數據，在發電機轉子風扇端面處試加1組反對稱重量，5瓦側加重410 g/200°，6瓦側加重410 g/20°。試加重啟動后，發電機轉子振動明顯改善，達到3 000 r/min，但是2 290 r/min時6X軸振偏大，工作轉速時6瓦的瓦振和軸振偏大(見表4)。

表4 第1次動平衡后啟動時振動數據

b.3 000 r/min時動平衡[3]

依據試加重后的2 220 r/min時振動數據，采用影響系數法，計算出2 200 r/min時的調整加重量，同時根據3 000 r/min時的振動值和相位，估算工作轉速的加重量。5、6瓦側調整的加重量為1 000 g，加重位置與第1次相同。加重后啟動，發電機轉子二階及工作轉速的振動都有明顯改善，第2次動平衡后啟動時振動數據見表5。

表5 第2次動平衡后啟動時振動數據

c.帶負荷時動平衡[4]

依據試加重后的2 220 r/min、3 000 r/min及帶負荷時振動數據，采用影響系數法，計算出調整重量，優化后的加重量為5瓦側加重1 700 g/220°，6瓦側加重1 700 g/40°。發電機轉子只有風扇端面能加重，加重位置為螺孔，平衡螺栓最大40 g，平衡螺栓不能滿足計算的加重量，為此用白鋼加工了2塊1 700 g的扇形加重塊，風扇端面上的螺孔每側用3個螺栓固定。加重后整個軸系振動良好，發電機轉子通過二階時5、6瓦振動都在20 μm以內，并網前5、6瓦振動都在25 μm以內，帶負荷后5瓦振動穩定，隨發電機無功增加，6瓦振動增大，最后穩定在45 μm(見表6)。

表6 第3次動平衡后啟動時振動數據

5 結束語

低發對輪高差的改變可影響到發電機轉子的振型、軸瓦載荷、軸心位置，低發對輪同心度存在高差，會使轉子承受額外的激振力，這些都會引起發電機轉子振動。實例證明，對于修前振動良好的機組，若低發對輪高差沒有達到設計值，應根據振動情況，逐步調整到設計值。對輪連接時應嚴格控制圓差和面差，對于超差的對輪，應處理到符合設計值。采暖結束后，應該停機調整對輪同心度，使之重新達到動平衡。

[1] 鐘一諤,何衍宗,王 正.轉子動力學[M].北京:清華大學出版社,1984.

[2] 許偉軒，常 強.大型轉子臨界轉速下現場動平衡試驗[J].東北電力技術，2012，33(10):44-46.

[3] 安勝利,楊黎明.轉子現場動平衡技術[M].北京：國防工業出版社,2007.

[4] 郭寶仁,高 峰,董忠海,等.新投產汽輪機過臨界振動增大原因分析及處理[J].東北電力技術，2015,36(2):51-53.

200 MW Unit Change of Low to Wheel Center Influence Analysis and Processing on the Vibration

ZHANG Xiaoli1，SUN Zhenbo2,CHEN Huaisheng2,HUA Xuesheng2

(1. Shenyang Jinshan Energy Co.,Ltd., Shenyang,Liaoning 110101,China；2.Shenyang Huarun Thermal Power Co., Ltd.,Shenyang,Liaoning 110043,China)

200 MW generating unit，the vibration is in good level before repairing.The rotor mass balance at the time of repairing and after starting at 2 000 r/min.The vibration of the generator rotor 5 and 6 watts increase and then jump.after impropering to rule out low hair of wheel assembly technology and friction factors,it can not increase to 2 200 r/min.After 3 times of dynamic balance,the units can have full capacity.Practice proved that change of low wheel center is significant for vibration and the repair technology has reference significance to other units.

generator rotor;center change;bibration;dynamic balance

TM311

A

1004-7913(2017)06-0048-04

張曉麗(1982)，女，學士，工程師，從事電站檢修及管理工作。

2017-03-17)