国产某联合循环320MW汽轮发电机组轴系两倍频故障分析

崔常亮

摘要：通过对国内某联合循环320MW汽轮发电机组现场处理，发现轴系存在两倍频振动较大事件，分析诊断过程中，发现两倍频激振力来自于发电机内部，为发电机转子刚度不对称导致;总结两倍频激振力对轴系各瓦振动影响，为今后各类型机组现场两倍频振动故障分析与诊断提供技术支持。

关键词：汽轮机组;两倍频;联合循环;振动特征;故障诊断

前言

两倍频振动是汽轮发电机组的常见故障，对机组稳定运行危害很大。随着我国汽轮发电机组类型增多，汽轮机轴系模块型式变化较大，整个轴系中临界区扩大，发电机结构刚度不对称等，均容易诱发两倍频激振力产生。

1.两倍频故障案例

某国内联合循环320MW汽轮发电机组轴系由高中压转子（HIP）、低压转子（LP）、发电机转子（GEN）、SSS离合器组成。发电机置于高中压侧，高中压转子与SSS离合器由一短轴联接，该短轴用于消除转子挠度对SSS离合器的影响。低压转子外伸设有一轴承用于支撑低压盘车齿轮重量。整个轴系共有8个轴承，机组轴系简图如图所示：

机组2014年5月份首次启动，冲转至3000rpm过程中，过高中压、低压和发电机转子一阶临界区振动优秀，但在升速至2940rpm时刻，轴系7瓦、8瓦、1瓦、2瓦和3瓦轴振幅值开始增加，上述各瓦周振幅值随转速升至3000rpm而持续增长;现场经过对轴系各瓦进行频谱分析，发现2940→3000rpm过程中，主要为两倍频[1]增加导致，轴系中发电机7瓦和8瓦首先产生2倍频激振力，导致1瓦、2瓦和3瓦振动幅值上升，其中最大振动为1瓦为180μm左右，7瓦、8瓦分别为140μm和110μm左右，上述各瓦幅值达到报警值或超过报警值，现场报警值为125μm，轴系振动情况已危害到机组正常运行。

2.原因分析和解决措施

对汽轮发电机组轴系临界转速和振型进行重新核算，具体如下表所示：

序号

理论计算和现场实测结果上看，汽轮机单跨没有接近6000rpm的共振频率;汽轮机轴系（不带电机）有中间短轴二阶6677rpm，汽机和发电机连成轴系后升高至6947rpm，远离6000rpm，不存在共振现象;整个机组轴系存在两个接近6000rpm的固有频率，一个是5667rpm，另一个是6214rpm。5667rpm频率为汽发连轴器振型，该频率难于改变，从分析看也不是该频率产生的二倍频振动。另一个是6214rpm，是电机的三阶，电机单跨三阶临界转速计算值为6080rpm，电机单跨三阶临界转速试验值为2940rpm，机组轴系试验值为：2940x2+（6214-6080）=6014rpm，共振峰为6014/2=3007rpm。与现场实测的共振峰值转速3015rpm到3020rpm基本吻合。分析认为出现该振动的主要原因为电机转子的“2倍频”激振力较大造成，导致轴系产生共振，激振力来自于发电机内部，为发电机转子刚度不对称导致。

为了彻底解决发电机转子在3000rpm左右产生“2倍频”激振力现象，对发电机转子进行重新设计加工，新设计发电机转子后，汽轮发电机组轴系理论临界转速结果如下：

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更换新电机轴系数据后，电机轴系三阶临界转速由原机组电机轴系三阶6214rpm降至6047rpm。发电机单跨二倍频振动峰值转速为2940rpm，现场实测轴系二倍频振动峰值转速变为3019rpm。串联轴系后二倍频振动峰值转速上升79rpm;从现场振动幅值增大的趋势观察，2X频振动幅值从2940rpm开始增大，直到3015→3020rpm 时达到最大，通过超速试验数据来看，振动幅值到3150rpm时达到最低点。根据现场实际数据计算，在新电机转子在厂内动平衡时峰值转速在2850rpm水平的情况下，机组轴系二倍频峰值转速推断值为2845.5rpm;避开工作转速3000rpm有154.5rpm的裕度。根据超速结果，转子振动从峰值降到正常值需要131rpm。那么就有23.5rpm的安全余量。