200 MW机组低发对轮中心变化对振动影响分析及处理

张晓丽，孙振波，陈怀胜，花雪生

(1.沈阳金山能源股份有限公司金山热电分公司，辽宁 沈阳 110101；2.沈阳华润热电有限公司，辽宁 沈阳 110043)



200 MW机组低发对轮中心变化对振动影响分析及处理

张晓丽1，孙振波2，陈怀胜2，花雪生2

(1.沈阳金山能源股份有限公司金山热电分公司，辽宁 沈阳 110101；2.沈阳华润热电有限公司，辽宁 沈阳 110043)

200 MW机组检修前振动处于良好水平，检修中未做影响转子质量平衡工作，修后启动转速在2 000 r/min时，发电机转子5、6瓦振动大，机组跳机。排除低发对轮装配工艺不当及摩擦因素后，机组转速也未能升到2 200 r/min，通过3次动平衡，机组顺利带满负荷。实践证明，该机组低发对轮中心变化对振动影响显著，其检修工艺对其它机组具有借鉴意义。

发电机转子；中心变化；振动；动平衡

某电厂3号汽轮机为200 MW超高压、一次中间再热、单轴、两缸、双排汽、双抽、凝汽供热式汽轮机，发电机的额定容量、电压和电流分别为23 529 kVA、18 kV和7 547.1 A，冷却方式为空气冷却，型号为WX23Z-109LLT。发电机一阶临界转速为860 r/min，二阶临界转速为2 298 r/min，汽轮机及发电机转子支撑轴承均为落地式轴瓦。

机组检修前振动处于良好状态，检修后启动转速在2 000 r/min时，汽轮机转子轴振和瓦振都在50 μm以内，而发电机转子的5、6瓦振动大，5瓦垂直振动为82 μm，机组跳机，发电机转子无法达到二阶临界转速。在排除低发对轮装配工艺不当及摩擦因素后，机组也未能升到2 200 r/min，通过3次动平衡后，发电机转子过二阶临界转速时瓦振小于20 μm，工作转速时瓦振小于30 μm，机组顺利带满负荷。

1 检修情况

1.1 发电机转子

将发电机解体，抽出转子，对各部分进行吹灰、擦拭、清理和检查，对转子本体、护环、中心环及风扇叶进行探伤。检修中只发现定子铁芯有11处局部过热，其余部分正常，转子上只对两侧风扇叶进行了拆装，其余部分没有处理。

1.2 低发对轮中心

检修前后低发对轮中心发生了很大变化。全实缸状态下，修前低发对轮圆心差严重偏离标准值，为使之能在标准范围内，发电机转子由修前比低压转子高0.20 mm，调整为低0.045 mm，由修前向左偏0.175 mm，调整为向右偏0.015 mm；端面偏差未能调整到标准范围内，下张口由修前的0.10 mm调整到0.065 mm，由修前左张口为0.04 mm调整为右张口0.05 mm(见表1)。

表1 检修前、后低发对轮中心 mm

1.3 低发对轮组合晃度及同心度

低发对轮低压侧对轮组合晃度修前2—8点最大为50 μm，修后1—7点最大为70 μm；电机侧对轮组合晃度修前5—11点最大为80 μm，修后4—10点最大为90 μm。低发对轮同心度修前5—11点最大为70 μm，修后1—7点最大为150 μm。低发对轮低压及电机侧单跳最大为50 μm，组合后低压侧变化不大，而电机侧变化大，低发对轮组合晃度及同心度修后超过了标准要求的30 μm(见表2)。

表2 低发对轮组合晃度及同心度 μm

1.4 低发对轮连接

低发对轮采用锥形套液力螺栓连接，在拆装时，需要使用专用的拉伸装置对螺杠进行拉长，但需控制螺杠伸长量，目的是装配时实现螺栓、锥形套和对轮三者无间隙配合，拆卸时更好地释放拉应力，减小螺帽承受的压力，实现螺栓、锥形套和对轮三者分离。在低发对轮螺栓检修拆装时，没有使用专业工具，由于运行时机组出现振动，后来用专业工具重新进行了装配。

2 振动情况

2000年9月26日，机组进行大修后首次启动，转速升至2 000 r/min时，5瓦垂直振动达到82 μm，机组跳机(振动保护为单瓦达到80 μm机组跳机)，而后对5瓦振动保护跳机值进行了调整，跳机值增大至100 μm时，又进行一次启动，结果和首次同样，5瓦振动大发生跳机，转速未能通过2 200 r/min。机组振动具有以下特征。

a.2次启动振动具有很好的重复性，5、6瓦振动以工频为主，振动高点相位相差180°左右。

b.5、6瓦X方向轴振远大于Y方向，5Y、6Y轴振通频与工频相差比较大。

c.5瓦Y向轴振小于5瓦振动，6瓦Y向轴振与6瓦振动接近。

d.5瓦的顶轴油压表读数与修前相比波动特别大。

e.该转速接近发电机转子二阶转速。

3 第1阶段消振

3.1 复查发电机风扇

检修时对发电机风扇进行了拆装，如果回装错位，有可能产生质量不平衡，因此，揭开发电机两端上端盖，复查发电机风扇安装情况，经过确认可知安装正常。

3.2 复查低发对轮连接

低发对轮螺栓连接紧力差别大，随转速升高，振动加强，为此复查低发对轮螺栓连接紧力情况，发现连接螺栓螺母松紧不一，该连接螺栓为锥形套液力螺栓，拆装没有按照工艺要求施工，为此请专业人员按照工艺要求进行了重新安装。

3.3 复查5、6瓦间隙

对5、6瓦上瓦进行解体检查，5瓦左下、6瓦右下油档有轻微磨痕，左右及顶部间隙正常。

3.4 复查低发对轮晃度

低发对轮组合晃度电机侧最大为88 μm，与修后测量值相当且与高点值位置相对应。

4 第2阶段消振

该厂共有3台机组，全部担负城市供热任务，此时机组已进入供热期，1号机组在检修，2号机组锅炉水冷壁泄漏，所以3号机组能够尽快投运至关重要，复查转子中心需要几天时间，本次暂不进行转子中心复查。9月30日再次启动时，发现振动没有多大改观，当转速为2 220 r/min时，5瓦振动达95.9 μm(见表3)，手动打闸停机，振动保护调整到100 μm，升速时5、6瓦振动波德图见图1。

表3 第1阶段消振后启动振动数据

图1 5、6瓦振动波德图

4.1 振动原因分析[1]

机组修前振动不大，修后未做影响转子质量平衡的检修工作(排除发电机转子拆装风扇影响)，修后转速达2 220 r/min时，发电机转子振动大，打闸停机。振动属于稳定的普通强迫振动，发电机转子存在二阶质量不平衡，可以排除转子一阶不平衡和电磁力的影响，不能排除的是低发对轮高差、同心度及晃度的影响，几种因素耦合在一起，引起发电机转子振动。

a.对转子振型影响

低发对轮高差的变化对轴瓦载荷、转子支撑状态都有影响，可改变轴瓦振动模态特性，使转子振型发生变化。大修前后低发对轮高差发生变化，有可能改变转子振型，破坏转子原有平衡，从而引起发电机转子振动。

b.对转子激振力影响

低发对轮同心度及组合晃度在修后比修前大，会使转子承受额外的激振力，引起了发电机转子振动，通常振动频谱以1X、2X为主，也可能产生更高频率的振动谐波分量。平衡前转速为2 220 r/min时，5Y、6Y轴振动谐波分量丰富，2X振动分量大于1X(见图2)，平衡后转速为2 220 r/min时，5Y、6Y轴振动以1X为主，其余轴振动没有谐波分量(见图3)。

图2 平衡前5Y、6Y轴振动频谱图

图3 平衡后5Y、6Y轴振动频谱图

c.对X、Y方向轴振动影响

低发对轮圆心差的改变不仅改变了动静间隙，也会改变转子轴心位置，使轴瓦油膜刚度差别较大，从而使X、Y轴振动出现偏差，发电机转子径向刚度不对称，也可使X、Y轴振动出现偏差。由于修前发电机转子X、Y方向轴振动没有较大偏差，修后出现的较大轴振动偏差与低发对轮圆心差变化较大有关，启动过程中，平衡前5瓦轴心位置极不稳定(见图4)，平衡后轴心位置相对稳定(见图5)。

图4 平衡前5瓦轴心位置图

图5 平衡后5瓦轴心位置图

d.对轴瓦载荷影响

修前发电机转子高于低压转子，修后发电机转子低于低压转子，低发对轮连接后会使5瓦载荷减小，6瓦载荷加重。低发对轮端面下张口修后比修前略有减小，对轮连接后对5瓦载荷影响不大。修后发电机转子低于低压转子会使5瓦载荷减小，使轴系刚度发生改变，修后的5瓦振动大于5瓦Y向轴振及油膜压力波动大的原因是5瓦载荷较轻，6瓦Y向轴振与6瓦振动接近的原因是6瓦载荷较重。

4.2 平衡过程

a.2 200 r/min时动平衡[2]

依据2 220 r/min时的振动数据，在发电机转子风扇端面处试加1组反对称重量，5瓦侧加重410 g/200°，6瓦侧加重410 g/20°。试加重启动后，发电机转子振动明显改善，达到3 000 r/min，但是2 290 r/min时6X轴振偏大，工作转速时6瓦的瓦振和轴振偏大(见表4)。

表4 第1次动平衡后启动时振动数据

b.3 000 r/min时动平衡[3]

依据试加重后的2 220 r/min时振动数据，采用影响系数法，计算出2 200 r/min时的调整加重量，同时根据3 000 r/min时的振动值和相位，估算工作转速的加重量。5、6瓦侧调整的加重量为1 000 g，加重位置与第1次相同。加重后启动，发电机转子二阶及工作转速的振动都有明显改善，第2次动平衡后启动时振动数据见表5。

表5 第2次动平衡后启动时振动数据

c.带负荷时动平衡[4]

依据试加重后的2 220 r/min、3 000 r/min及带负荷时振动数据，采用影响系数法，计算出调整重量，优化后的加重量为5瓦侧加重1 700 g/220°，6瓦侧加重1 700 g/40°。发电机转子只有风扇端面能加重，加重位置为螺孔，平衡螺栓最大40 g，平衡螺栓不能满足计算的加重量，为此用白钢加工了2块1 700 g的扇形加重块，风扇端面上的螺孔每侧用3个螺栓固定。加重后整个轴系振动良好，发电机转子通过二阶时5、6瓦振动都在20 μm以内，并网前5、6瓦振动都在25 μm以内，带负荷后5瓦振动稳定，随发电机无功增加，6瓦振动增大，最后稳定在45 μm(见表6)。

表6 第3次动平衡后启动时振动数据

5 结束语

低发对轮高差的改变可影响到发电机转子的振型、轴瓦载荷、轴心位置，低发对轮同心度存在高差，会使转子承受额外的激振力，这些都会引起发电机转子振动。实例证明，对于修前振动良好的机组，若低发对轮高差没有达到设计值，应根据振动情况，逐步调整到设计值。对轮连接时应严格控制圆差和面差，对于超差的对轮，应处理到符合设计值。采暖结束后，应该停机调整对轮同心度，使之重新达到动平衡。

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[2] 许伟轩，常 强.大型转子临界转速下现场动平衡试验[J].东北电力技术，2012，33(10):44-46.

[3] 安胜利,杨黎明.转子现场动平衡技术[M].北京：国防工业出版社,2007.

[4] 郭宝仁,高 峰,董忠海,等.新投产汽轮机过临界振动增大原因分析及处理[J].东北电力技术，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

张晓丽(1982)，女，学士，工程师，从事电站检修及管理工作。

2017-03-17)