汽輪發電機組低速碰磨特征分析與處理探討

胡偉

摘 要：本文以2臺汽輪發電機組為研究對象，對其進行A級檢修后，經啟動發現，其中一臺在低速下，存在非常大的軸振動異常，而另外一臺于低速下，則有著偏大的軸振動。通過與間隙電壓值相結合，且對比于歷史振動數據，首先將軸振動信號異常問題給排除掉，后經分析得知，動靜碰磨故障為振動異常的原因所在。依據汽輪機與發電機基本的結構特性，提出了延長暖機時間及多次啟動的處理方法。能夠在比較短的時間內，將碰磨故障給消除掉，使機組長時間保持穩定運行狀態，避免振動異常情況的再次發生。

關鍵詞：汽輪發電機;碰磨;特征;處理

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0163-02

近年，為了能夠最大程度促進汽輪發電機組在經濟性上的提升，避免出現漏油情況，在實際檢修過程中，通常情況下，會調整汽輪機的油擋動靜間隙、軸封及通流部分，使其處于允許值的下限，所以，經常會發生汽輪發電機組出現碰磨情況。在對機組進行A級檢修之后，不僅與動靜間隙偏小這一因素有密切關聯，而且還與密封材料、膨脹、啟動運行方式等因素之間有緊密聯系。所以，在A修后，會出現比較明顯的碰磨故障。有報道分析了汽輪發電機組產生摩擦診斷背景下的基本機理、部位及具體時間，并對徑向、軸向碰磨形成的基本原因及主要特征進行了全面分析，探討了各種狀態下識別摩擦振動的有效方法。有學者以三臺機組為對象，對其開展振動測試，分析了故障簡況，探討了振動特征，總結了整個判斷過程，最后指出了現場應急處理的具體操作方法。但需要指出的是，上述內容主要研究的是高轉速。如果處于低轉速下，對碰磨故障信號進行準確識別，及早將早期階段的碰磨故障給找出來，并制定具體的解決措施，防止嚴重碰磨故障的發生，避免對設備所造成的損壞，意義重大。本文結合汽輪發電機組實例，就其低速碰磨的基本特征作一分析，給出了具體的處理對策，現對此作一探討。

1 第1臺機組發電機碰磨故障分析及具體處理方法

此機組實為超臨界660MW，而在具體的汽輪機型式上，即一次中間再熱、超超臨界、雙背壓等，另外，利用水氫氫進行發電機冷卻。

1.1 首次啟動升速

2019年1月5日19：57，機組A經過檢修后，實現首次沖轉。當處于低速轉動下（每分鐘310r），8x軸振動為139μm，而8y為134μm，此時，其所代表的實際就是此測量位置軸頸所存在的實際晃度，從中可知，存在著偏大的晃度異常，通過對該機組既往的數據進行詳細查閱，得知在低速情況下，8x軸振動是99μm，而8y是97μm，受發電機電磁缺陷所造成的影響，或者是軸頸表面機械存在缺陷所帶來的影響，在整個頻譜當中，不僅有比較低的高次諧波，而且還有比較大的2倍頻分量。20：06時，升速已經達到了每分鐘507r，另外，8x軸振動255μm，而8y為204μm，其它測定均維持正常狀態。而基于間隙電壓層面來分析，無論是8x軸振動傳感器的測點，還是8y軸測點，均處于正常工作狀態，所傳送的信號均可信且真實。經現場檢查得知，集電環位置處的碳刷，存在明顯的磨痕，將所有的碳刷均拔掉。

1.2 第2次

2019年1月5日20：36，機組再次進行沖轉。當處于低速狀態下，即每分鐘300r，8x的軸振動晃度為97μm，而8y軸為96μm，存在顯著偏大，但相比第1次，有一定的減小。所以，選擇再次進行升速。而到了20：45時，聲速維持在每分鐘1260r，此時，8x的軸振動是307μm，而8y軸317μm，而對于其它軸振動來講，均維持在正常狀態，此時，整個機組所對應的振動保護動作處于跳閘狀態。

對此，進行停機降速，當機組處于惰走狀態時，也就是每分鐘1100r，此時的8x在具體的軸振動上，達335μm，而對于8y軸來講，則為325μm;當處于每分鐘399r時，8x的軸振動是153μm，而8y軸則為149μm，將連續盤車投入。從中得知，當停機降速時，其在具體振動上，相比啟動升速振動，要明顯偏大，經系統化分析指出，機組在具體振動上，多于8x、8y軸振動上得以表現，而其它測定在具體振動上，均保持正常狀態，故障部位可能在8號軸承周圍。另外，基頻為整個振動的主頻率，實為一種普通類型的強迫振動，在8號軸承周圍，出現了比較嚴重且明確的動靜碰磨，因此，針對碰磨部位來分析，不僅集電環碳刷，而且還有比較顯著的碰磨點。

還需要指出的是，針對發電機動靜碰磨部位來考量，其不僅有密封瓦，而且還有碳刷、端部油擋等，還需要說明的是，密封瓦碰磨大多出現于那些異常的機組上，比如密封瓦卡澀，或者是軸段不平衡響應過高，而對于此機組發電機而言，其有著基本正常的不平衡響應，所以，將密封瓦、碳刷予以排除，最終認定油擋為整個機組的碰磨部位。在本次檢修當中，分別對位于發電機兩端的油擋進行了更換，即換成塑料油擋，此種油擋由于采用的是非金屬材料，當接觸高溫后，易出現變形。通過開展兩次碰磨，油擋間隙增大，所以，決定再次沖轉。

1.3 第3次

2019年1月5日21：52，機組沖轉。低速，即每分鐘309r，此時，8x軸振動晃度是99μm，而8y是101μm，接近于第二次的各項數值;還需要指出的是，5x軸振動所對應的低速晃度為63μm，而5y為63μm，同樣有顯著偏大。而到了22：34，升速至每分鐘600r，此時8x的軸振動是111μm，而8y是110μm，其它軸振動處于正常狀態。22：50，再次升速，達每分鐘2249r，開展高速暖機，機組振動處于正常狀態。

2 第2臺機組汽輪機碰磨故障及處理方案分析

此機組即為比較常見的超臨界135MW汽輪機，主要型式為凝汽式、中間再熱式、超高壓式及雙缸雙排汽等，實為一種供熱機組，所采用的是空冷的冷卻方式。機組的支承軸承共有5個，其中，1、2號軸承是兩個落地軸承，所起到的作用是支承汽輪機高中壓轉子，而3號軸承的主要作用是支承汽輪機低壓轉子，對于4、5號軸承來講，其主要支承發電機轉子。還需要說明的是，3、4號位于同一個軸承箱當中。而對于機組的振動測點來講，具體布置為：所有的軸承均安裝有2個電渦流傳感器，其彼此間處于垂直狀態，從汽輪機方向想發電機方向進行查看，右邊45°是y向，而左側45°是x向。

此機組早在2015年便已經投入生產，在實際運行當中，主要問題是：啟動升速過程中，2x、2y存在比較大的震動保護動作，且通常情況下，許多連續多次啟動，方能實現定速（每分鐘3000r），因而對機組的正常、高速生產造成了嚴重影響。2019年3月14日8：12，機組A修首次啟動。而到了8：25時，沖轉低速暖機達到了每分鐘500r，此時，2x所對應的軸振動是69μm，而2y所對應的是49μm，另外，在具體的基頻振動值上，即為27μm∠253°，而相位為26μm∠186°，在此之后，無論是2x軸振動，還是2y軸振動，均有慢速爬升的情況，而到了，9：22時，2x已爬升到106μm，而2y軸振動則爬升到103μm，其中，2x的基頻是64μm∠256°，而2y的基頻為82μm∠168°?；l為整個振動的主頻率，而在具體性質上，即為普通的強迫振動。另外，通過分析軸振動軸心軌跡圖，從中發現，軸心軌跡并無毛刺，而且存在并不突出的嚴重碰磨特征。在對2x、2y軸振動所對應的爬升原因進行判斷時，多依據低壓缸所出現的輕微或不明顯的動靜碰磨，或者是軸承附近的軸封來明確，此時，通過就地檢查得知，低壓后軸封位置處，存在明顯的零星火花情況。

若基于機組碰磨故障下進行升速處理，那么將2x、2y軸振動加上去，此時便會出現偏大的低速晃度，并且還會根據實際情況，在振動信號當中進行疊加，受此影響，可能會引起直接性、瞬時性的機組振動保護動作，這同樣是之前啟動升速存在偏大的震動的原因所在，此外，還是引發跳閘情況的主要原因。通過將暖機時間給予適當性的延長，一般情況下，此轉速框架內的暖機時間可達到30分鐘，而此次暖機時間明顯偏長，已經達到了3個小時，對此，根據現實情況及相關需要，制定了長時間振動磨合方案，以此來穩定振動;到了12：26，2x軸振動穩定于73μm，而2y軸振動維持在51μm，基本相同于每分鐘500r時的振動數據，另外，還需要指出的是，此時的基頻振動是31μm∠257°，而與之相對應的相位是32μm∠182°，由此可知，無論是基頻振動值，還是相位，均接近于剛到低速暖機時的數值。13：52時，機組在具體升速上達到了每分鐘3000r，首次沖轉至每分鐘3000r時，2y軸振動最大，即122μm，但相比于既往數據，無論是在相位上，還是在大小上，都比較接近，其他測點在振動上比較優良。

3 結語

綜上，需要指出的是，當有著偏大的低轉速暖機振動異常時，在具體的頻譜圖上，一般情況下，大多故障會出現多種高次諧波分量，對此，需要依據軸振動所輸出的實際間隙電壓值，對信號有無異常進行深入判斷，后對比于既往數據，這樣便能夠對動靜碰磨故障進行準確判斷。針對發電機低速碰磨故障來考量，因存在著比較少的動靜接觸部位，尤其是采用的是非金屬材質的油擋，可實施多次啟動，以此將動靜碰磨故障給清除掉。當汽輪機處于低速狀態下，會出現碰磨故障，在此情況下，因動靜接觸部位比較多，而且還有著比較小的動靜間隙，因此，在控制震動時，可適當性的延長暖機時間，開展磨合，這樣更為適宜。

參考文獻

[1] 劉玉智，張志明，謝衛樂.汽輪機轉子碰磨振動特征實測分析[J].現代電力，2015，22（2）：42-45.

[2] 谷志德，李恒海，王宏偉.供熱汽輪發電機組轉子彎軸事故的分析及處理[J].大電機技術，2017（5）：41-44.

[3] 倪守龍，唐貴基，張文德，等.某引進型600MW超臨界汽輪發電機組振動故障分析與處理[J].電力科學與工程，2016，29（7）：54-57.

[4] 趙旭，吳崢峰，陸頌元.某汽輪機組動靜碰磨非典型振動特征的分析與診斷[J].汽輪機技術，2017，51（6）：451-453.

[5] 牟法海，盧盛陽，王文營.汽輪機動靜碰磨故障的原因分析及處理[J].熱力發電，2017，36（3）：62-64.

[6] 翁志剛，韓慶林，王宇，等.汽輪發電機組的振動特征及原因分析[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2016，23（2）：288-293.