關(guān)于上汽300MW汽輪發(fā)電機組的振動異常問題的研究

郭永華

摘要：汽輪機和發(fā)電機是動力裝置的重要組成部分，而轉(zhuǎn)子是其主要工作部件，通過對轉(zhuǎn)子振動進行診斷，保證其正常運行，減少事故發(fā)生率，具有重要意義。本文在閱讀了大量關(guān)于轉(zhuǎn)子振動資料的基礎(chǔ)上，對廣東粵華發(fā)電有限公司上汽300MW汽輪發(fā)電機組所出現(xiàn)的難以處理解決的振動問題進行分析及處理。對指導(dǎo)汽輪發(fā)電機組的運行與維修具有重要的實用價值。

關(guān)鍵詞：振動；頻譜；維修

1 概述.

廣東粵華發(fā)電有限公司黃埔電廠（以下簡稱黃埔電廠）#5、#6主機均為上海汽輪機廠（以下簡稱上汽廠）N300―16.7/537/537—3型汽輪機，為合缸亞臨界中間再熱兩缸兩排汽凝汽式汽輪機，#1、#2軸承為落地式支承，#3、#4軸承坐落在低壓排汽缸上。發(fā)電機由上海汽輪機集團電機廠制造，型號QFSN-300-2-200，發(fā)電機轉(zhuǎn)子由#5和#6橢圓軸承支撐，軸瓦座落在發(fā)電機大端蓋上。軸系臨界轉(zhuǎn)速為高中壓轉(zhuǎn)子1679r/min，低壓轉(zhuǎn)子1753r/min，發(fā)電機轉(zhuǎn)子1399r/min（一階），3406r/min（二階）。

在過去的幾年里，解決了#5機#3、4瓦振大瓦振大等重大難題，為機組的安全運行打下了堅實的基礎(chǔ)。#5機#3、4瓦振大的問題已有4年多時間，經(jīng)過全國多位著名的振動專家的現(xiàn)場指導(dǎo)處理都沒有解決的情況下，我廠依靠自身的人員力量一舉將此疑難問題徹底解決，令人鼓舞。在四臺機組的振動分析及現(xiàn)場處理中，本廠積累了較為豐富的技術(shù)經(jīng)驗及大量的技術(shù)數(shù)據(jù)，對其它廠也有很好的借鑒作用。現(xiàn)將#5機#3、4瓦振大的問題處理情況進行論述。對指導(dǎo)汽輪發(fā)電機組的運行與維修具有重要的實用價值。

2 #5機#3、4軸承的振動及處理

#3、4軸承箱由于與直接與低壓外缸相連，為非落地懸臂式軸承箱，這種結(jié)構(gòu)的主要特點是軸承剛度不足，易受其它振動因素干擾，振動有較大的波動。

2.1振動特點

1、機組冷態(tài)啟動時振動良好。振幅在空載和小負荷時處于穩(wěn)定的低振動值階段，軸振動和瓦振動均屬于優(yōu)良范圍，振動沒有明顯的惡化跡象。

2、一般并網(wǎng)后頭三天振動良好，然后開始爬升，當(dāng)負荷逐漸增大，參數(shù)逐漸升高，缸體充分膨脹后，振動開始呈緩慢爬升趨勢，增大到一定程度后，振動惡化趨勢加劇，有時振動到達一定值后會穩(wěn)定下來，維持在一個相對高的數(shù)值；有時振動惡化不能控制，只能打閘停機。

3、運行調(diào)整不能有效的降低振動。即使采取調(diào)整運行參數(shù)控制，其振幅變動范圍仍然很大，一般達20～80μm，有時還可高達100μm。

4、振動頻率以基頻lX（50Hz）成分為主，諧波分量很小，振動波形為相對標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形。

5、基頻1X振動相位隨振幅增大的變化趨勢并不明顯，一般維持一個相對穩(wěn)定的相位角。

6、低壓轉(zhuǎn)子的#3軸振隨#4軸振增大呈同步響應(yīng)，但幅值較#4軸承為小，振幅增長量以#4軸承振動為最大。

2.2 振動分析

從以上特點分析，#3、#4軸承振動的原因有：

1、機組#3，#4瓦振動的原發(fā)性因素在于汽缸熱態(tài)變形。

2、軸承動剛度在帶負荷的熱態(tài)工況下降低是導(dǎo)致隨機振動的重要條件因素。

3、低壓轉(zhuǎn)子在定速3000r/min時，二階振型的殘余不平衡量是影響軸系振動的主要擾動力。

4、#4軸承箱固有頻率接近機組工作轉(zhuǎn)速是導(dǎo)致振動被放大的主要原因之一。

5、動靜碰磨是導(dǎo)致機組#3，#4瓦振動長期發(fā)作和反復(fù)無常的最主要原因。導(dǎo)致動靜間隙消失的主要原因是由于低壓缸的熱態(tài)變形。低壓缸變形主要通過對通流部分間隙、軸承座剛度、轉(zhuǎn)子中心三個方面對振動產(chǎn)生影響，從我廠機組的大修情況看，低壓內(nèi)缸確實存在很大的變形。

2.3消振措施

綜合機組的處理經(jīng)驗，有如下主要措施：

1、鑒于低壓缸剛度不足，熱態(tài)變形大，機組易產(chǎn)生動靜碰摩振動，大修時將低壓缸汽封更換為銅汽封。由于銅汽封的金屬特性，即使發(fā)生碰磨，可減少激振力。

2、對低壓內(nèi)缸中分面內(nèi)間隙在大修中進行處理。因缸體變形在中分面處產(chǎn)生較大間隙，根據(jù)上汽廠處理意見及我廠的檢修經(jīng)驗，對低壓內(nèi)下缸中分面進行堆焊處理是解決此問題的有效辦法。一般以上缸為基準(zhǔn)合缸全緊螺栓測量間隙，并以這間隙作為堆焊高度進行修磨。

3、在大修中合理調(diào)整汽缸變形后的通流間隙。對常規(guī)性大修，測量或調(diào)整通流間隙都是在下半實缸的情況下進行的，但根據(jù)幾次大修經(jīng)驗，通流間隙的測量調(diào)整在半實缸和全實缸情況下差別較大，說明如果在半實缸下調(diào)整通流間隙，在機組實際運行中局部動靜間隙可能消失，產(chǎn)生摩擦振動。大修時認真測量低壓內(nèi)缸及隔板通流間隙在半實缸和全實缸情況下的變化量，根據(jù)各隔板中心的變化情況，對上下隔板汽封間隙進行補償調(diào)整，保證機組在運行狀態(tài)下動靜間隙也能達到設(shè)計要求；

4、在安裝過程中，應(yīng)仔細檢查低壓盤車軸承箱與臺板間的的間隙情況，防止低壓盤車軸承箱脫空呈懸臂狀態(tài)。如果低壓盤車軸承箱脫空則在角銷的限制下運行過程中將會限制汽缸的膨脹。另外，由于盤車軸承座與臺板間有間隙，降低了軸承座的自振頻率，當(dāng)自振頻率接近于運行轉(zhuǎn)速時，會產(chǎn)生共振，影響與盤車軸承座有關(guān)系的#4瓦的振動[1]；

5、通過現(xiàn)場動平衡進行配重等手段盡可能提高轉(zhuǎn)子動平衡精度，盡量降低擾動。

2.4 #5機#4瓦振大的處理

#5機#3、4瓦振自投運以來一直振動偏大，振動長期在50～90？m間波動，有時甚至達100？m以上而導(dǎo)致跳機，嚴重影響了我廠的安全運行。第一次大修后至機組基本恢復(fù)正常運行歷時46天，因振動大共停機10次，由于振動大也引發(fā)了浮動油檔掛耳斷、盤車電機固定螺栓斷等問題，由于#4瓦振明顯上升而降負荷運行的情況也時有發(fā)生，引起全廠各級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。

由于#5機的振動問題較為復(fù)雜，多個國內(nèi)知名專家進行了現(xiàn)場處理，但效果很不明顯。在2017年底#5機大修前上汽廠提了軸承座加固、盤車箱與軸承箱分離的方案。西安熱工院專家提出了中心孔堵頭很可能松動的原因判斷。西安交大教授提出大修重點調(diào)整#4、#5軸承座的中心高差的方法。但本廠技術(shù)人員通過認真分析對以上方案并沒有認同，重點對軸承座及低壓缸進行詳細檢查，按標(biāo)準(zhǔn)工藝對通流間隙進行調(diào)整，終于將#4瓦振大的問題徹底處理好。其發(fā)現(xiàn)及處理的主要問題有：根椐以上分析，重點對軸承箱剛度進行了檢查，發(fā)現(xiàn)低壓缸與凝汽器喉部四周連接加強筋板焊縫開裂，作補焊處理；吊開盤車箱檢查（由于工作量大，一般大修均不吊開盤車箱檢查），發(fā)現(xiàn)#4瓦下部臺板有0.20 mm的間隙，后來用不銹鋼墊片填實；低壓缸變形大，中分面做了補焊處理，并且揭缸后發(fā)現(xiàn)有低壓轉(zhuǎn)子有明顯的碰磨現(xiàn)象，考慮到低壓缸變形較大（全緊螺栓內(nèi)缸中分面的最大間隙為3.2 mm），為了減少碰磨，將低壓轉(zhuǎn)子的隔板汽封間隙提高到1.0～1.3mm（原來銅汽封標(biāo)準(zhǔn)為0.55～0.75mm），對低壓內(nèi)缸中分面按間隙大小進行了堆焊處理。

3經(jīng)驗總結(jié)

1、在大小修中加強前箱滑塊的檢查清理，對前箱加潤滑脂，在大修中對推拉裝置進行認真檢查，保證推拉間隙符合要求。

2、對于#4瓦振大的問題進行了大量研究分析，提出其振動大主要是由于軸承座剛度不足引起，通過盤車箱等部件進行了振動放大。通過處理軸承座結(jié)合面間隙，減少盤車箱的附加應(yīng)力等是解決#4瓦振大的有效手段。

3、在大修中合理調(diào)整低壓缸變形后的通流間隙。大修時認真測量低壓內(nèi)缸及隔板通流間隙在半實缸和全實缸情況下的變化量，根據(jù)各隔板中心的變化情況，對上下隔板汽封間隙進行補償調(diào)整，保證機組在運行狀態(tài)下動靜間隙也能達到設(shè)計要求。

參考文獻：

[1] 席洪藻.汽輪機設(shè)備及運行.電力工業(yè)出版社，1988：489—491頁.