某台汽轮发电机联轴器不对中振动故障的诊断处理

2013-07-21郭玉杰李克石峰杜新定

轴承 2013年8期

郭玉杰，李克，石峰，杜新定

(1.河南省电力公司电力科学研究院，郑州 450052；2.大唐三门峡发电有限责任公司，河南三门峡 472143; 3.大唐洛阳首阳山发电有限责任公司，河南洛阳 471900)

汽轮发电机组的振动超标故障大多数发生在带负荷运行过程中，但有时也会发生在启动升速过程中。启动升速过程中的振动故障基本上由动静碰磨、轴承故障、质量不平衡、不对中、支撑部件松动等机械因素造成。有些故障由单一因素造成，有些则由多种因素引起，各因素相互影响，可能需要2～3次启动升速，逐步消除振动故障，才能完成机组的振动故障诊断与处理。

联轴器不对中主要由制造工艺不良、运行工况大幅度变化和检修工艺等多种原因造成，是引起机组振动故障的主要原因之一。联轴器有刚性联轴器和挠性联轴器，不同形式联轴器的振动特征不同，处理方法亦不同[1-4]。

针对某台机组检修后在启动升速过程中的振动超标故障，首先消除了动静碰磨故障，然后指出了励磁机振动原因是挠性联轴器不对中。经现场调整后，完全消除了机组的振动故障。

1 机组振动测试

该机组是国产亚临界330 MW汽轮发电机组，汽轮机型式为亚临界中间再热双缸双排汽凝汽式，发电机冷却方式为水氢氢。该机组共有10套支承轴承，机组轴系如图1所示。1#，2#轴承为支承汽机高中压转子的落地轴承；3#，4#轴承为汽机低压转子的2个坐落在排汽缸上的支承轴承；5#，6#轴承为支承发电机转子的端盖轴承；7#，8#轴承为支承主励磁机转子的落地轴承；9#，10#轴承为支承副励磁机转子的端盖轴承。

图1 机组轴系简图

机组振动测点布置如下：1#～6#轴承均安装2个电涡流传感器，2个涡流传感器相互垂直，自汽轮机向发电机方向看，左45°为x向，右45°为y向。为了测试主励磁机的振动，临时在7#，8#轴承上安装了1个振动速度传感器。

2011年6月29日，该机组检修结束。本次检修工作主要有揭高中压汽缸、检查7#和8#轴承轴瓦等。

1.1 第1次启动升速过程

2011年6月29日12：22，机组冲转。13：04机组定速2 000 r/min，6x，6y轴振动分别为79和90 μm，振动随时间有逐步降低的趋势；13：22分别稳定在39和35 μm(图2)。根据6x，6y轴振动随时间变化的特点，主要表现为振动随时间的不稳定性和可逆性，但是相位变化较小，同时现场有明显的异常声和胶木“烧焦”气味，再结合该测点的历史数据，判断6#轴承附近动静碰磨。7#和8#轴承垂直振动分别为130 和110 μm。暖机过程中，7#，8#轴承垂直振动没有减小趋势。15：24打闸停机。

图2 6x，6y轴振动随时间变化的趋势图

检查发现6#轴承附近滑环外罩支撑胶木板与轴碰磨，对其进行了打磨处理。为排除动静碰磨的影响，决定下次启动时暂时不安装滑环外罩。

1.2 第2次启动升速过程

2011年6月29日22∶32，机组冲转。22∶45机组定速2 000 r/min，7#，8#轴承垂直振动分别为28 和13 μm；23∶48分别稳定在29和11 μm；23∶49开始升速，2 300 r/min后振动随转速升高而增大，2 474 r/min时7#和8#轴承垂直振动分别为102和155 μm，打闸停机。7#和8#轴承振动变化如图3和图4所示。振动频谱上，7#和8#轴承振动分别为108和148 μm，主频率是基频(分别为60和51 μm)，但存在很多高次谐波。

图3 7#，8#轴承振动随转速变化的波德图

图4 7#，8#轴承垂直振动的频谱图

与上次启动定速2 000 r/min对比，7#和8#轴承振动大小类似，略有降低。但是振动现象又有所变化，出现了随转速升高而振动同步增大的新问题。检查发现励磁机两侧端盖碰磨，需进行调整处理。

1.3 第3次启动升速过程

2011年6月30日6∶15，为排除碳刷对机组振动的影响，现场拆除了碳刷。机组冲转，6∶33机组定速2 000 r/min，7#和8#轴承垂直振动分别为25和12 μm。6∶48开始升速，振动现象与上次类似，即2 300 r/min后振动随转速升高而增大，2 438 r/min时7#和8#轴承垂直振动分别为74和87 μm，打闸停机。

2 振动原因分析与处理

机组振动主要表现在7#，8#轴承上，振动性质为不稳定普通强迫振动，频谱图中没有低频振动分量，说明振动不是轴瓦自激振动造成的，可以排除轴瓦缺陷、润滑不良等。

从机组振动发生的部位上判断，故障部位应位于7#，8#轴承附近，相邻的发电机转子两端轴振动基本上没有变化，可以明确故障源不在发电机转子上。

振动随转速升高而同步变化，考虑到并网之前出现的振动故障，可排除电气因素，说明引起机组振动的原因是机械因素：质量不平衡和联轴器不对中。结合本次检修的情况，也没有引起励磁机质量不平衡问题的相关工作，也就是说励磁机无质量不平衡问题。因此认为引起7#，8#轴承振动的原因是发电机-励磁机联轴器不对中。发电机-励磁机联轴器结构如图5所示，该型联轴器是波形节联轴器，是挠性联轴器的一种形式。

图5 联轴器示意和测量面图

查阅机组检修记录，为了检查励磁机转子外观和两端轴承，检修中拆下了电端联轴器的螺栓，而励端联轴器螺栓没有进行相关检查工作。拆卸、安装联轴器过程可能会造成联轴器同心度发生变化，甚至同心度超标。因此，检查的重点是电端联轴器的晃度，测量面为A和B。联轴器共有10个螺栓，如图6所示，晃度测量以螺栓为参考点，也就是说测量位置与螺栓一致。测量结果见表1。

图6 晃度测量示意图

表1 检修前后A，B测量面晃度值 mm

从表1中可以看出，4-9测量面相对晃度为0.15 mm，而制造厂家规定挠性联轴器径向晃度应小于0.05 mm，说明该值明显超标，直接导致了发电机-励磁机波形节联轴器的不对中，联轴器不对中会产生激振力，导致联轴器两侧的转子振动，导致轴或者轴承振动增大，与分析结果基本符合。

考虑到汽轮机汽缸温度高的实际情况，决定在盘车状态下进行晃度调整，盘车转速为3～4 r/min，转速相对较低，可以间断进行检修调整，最终将4-9测量面相对晃度降低为0.07 mm。

2011年6月30日20∶20，机组冲转。20∶38机组定速2 000 r/min， 7#，8#轴承水平和7#轴瓦垂直振动分别为23，15和15 μm。随后开始升速，在2 547 r/min下励磁机振动出现峰值，7#，8#轴承水平和7#轴瓦垂直振动分别为43，33和52 μm，机组振动合格。具体振动变化如图7所示。