国产660MW超超临界汽轮发电机组轴系振动分析及处理

李志勇 石晓玲 韩彦杰 熊辉 赵庆东

摘 要：针对某电厂国产660MW超超临界汽轮发电机组投产以来存在的#3轴承振动大问题进行了分析，分析认为造成#3轴承振动大的原因是低压Ⅰ转子存在质量不平衡和轴承室内高强磁条距振动探头直线距离过近。根据分析结果，通过对该机组进行转子动平衡和高强磁条移位的处理，汽轮机轴系振动明显下降，为同类型机组类似故障的处理提供参考。

关键词：汽轮机；轴承振动；动平衡

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0138-03

随着我国电力工业的快速发展，推广节能减排政策以及对电力系统减少能耗的认知，大容量、高參数的机组已经逐渐替代高污染的小型机组。当前，600MW及以上大容量机组已成为我国火力发电的主力机型，这些大型机组的设计制造技术多是以引进为基础，由于存在对外方技术的消化吸收、国内外相应运行工况和设计制造技术等差异，使得目前该型机组投运后普遍出现轴系振动缺陷[1]。

1 机组概况及振动情况简介

某电厂的汽轮机发电机组为东方电气集团公司生产制造的660MW超超临界汽轮机机组，型号为N660-25/600/600，一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。该汽轮发电机组共有四根转子，每根转子支撑在各自的两个轴承上，四根转子之间均由刚性联轴器连接，转子的轴系结构如图1所示。

汽轮机组担负着火力发电企业发电任务的重点，汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟汽轮机本体有关的任何一个设备或介质都有可能是造成机组振动的原因，比如进汽参数、疏水、油温、油质等等。因此，针对汽轮机异常振动原因的分析就显得尤为重要。

某电厂#1机组自投产以来，汽轮机组的轴承振动一直较大，为了深入分析影响#1机组汽轮机轴承振动值主要因素，并采取有效措施消除或降低轴承振动偏大的现象，我们对#1机组2015年12月份近一个月的#1—8轴承振动数据进行了统计分析，统计结果如图2和图3所示。

从图2和图3中我们可以看出超过振动标准76um的主要为#3X、#3Y和#4Y轴振，经过进一步统计分析，我们从中发现#3Y轴振超过标准值的次数占所有超限轴振次数的57.4%，如图4所示。因此，可以初步认定#3Y轴振是引起#1汽轮机组轴承振动大的一个主要原因。

2 轴承振动原因分析

2.1 转子质量不平衡

转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。

不同工况下低压Ⅰ转子的振动实测值见表1；3Y振动的趋势如图5所示；3Y测点振动的频谱如图6所示。

从上述数据中可以看出，#3Y轴承振动随负荷变化不大，通频幅值大概在80-100um之间上下波动，基频幅值在63-70um且相位总体保持稳定。从上述#3轴承振动特征来看，基频振动成份偏大说明低压Ⅰ转子存在一定残余质量不平衡[2]。

2.2 测点附近存在强磁源

汽轮机轴承振动目前主要采用涡流传感器进行测量，测量原理是通过在感应线圈上通高频电流，在线圈周围产生高频电磁场，进而在金属被测表面产生感应电流，即电涡流，如图7所示。当振动测量探头周围存在其他磁源时，会对线圈的高频磁场产生影响，进而影响测量结果。

某厂#1机组利用停机检修机会打开#3轴承室，对轴承室内振动探头附近区域磁源进行检查，通过现场检查测量发现#3轴承室内高强磁条距振动探头直线距离仅0.2m，距离过近，产生的磁通量越强进而对该点振动的测量产生较大的影响[3]。

3 针对造成#3轴承振动的原因所采取的措施

3.1 增加动平衡块

根据#1汽轮机转子动平衡实验方案对低压Ⅰ转子平衡状态进行调整，可以利用其两侧平衡槽加重，具体试加重方案为：以前箱内用作键相信号的键槽为零点，3瓦侧逆转向34°加重300克；4瓦侧逆转向214°加重300克。平衡块所安装角度的确定如图8所示，平衡块安装位置如图9所示。

平衡块装配结束后，随即对机组进行冲转，并对#1汽轮机组从盘车到1500r/min，再到定速3000r/min整个过程中的振动参数进行了收集分析，机组按照正常启动方式启动（控制主再汽温不超过400℃），达到额定转速后持续运行约30分钟测试数据（对整个开机过程振动进行测试、分析）。图10为#1汽轮机组盘车状态下各轴承的振动情况，图11为#1汽轮机组在1500r/min时各轴承的振动情况，图12为#1汽轮机组在3000r/min时各轴承的振动情况。

在#1机组汽轮机定速带负荷后，#3轴承振动值为52um，72um，#3轴承振动值较安装平衡块前有明显降低。

3.2 移除干扰源

移动强磁条使其远离振动测量探头。2016年11月15日在机组停机临修过程中，在停运汽轮机盘车装置后，打开#3轴承的轴承盖，将轴承箱底部放置的一根强磁条（用于吸附润滑油中金属颗粒，净化润滑油油质），移动强磁条使其与3Y轴承振动测点直线距离达到0.5m以上。

对低压Ⅰ转子增装平衡块并移动#3轴承处的强磁条之后，1号机组于2016年12月2日9：34冲转，并于当日16：35并网，同时我们也对机组从冲转到带负荷550MW期间的振动情况进行了统计梳理和在线监测。图13为550MW时1号机组各轴承测点的振动情况，图14为#1汽轮机组从3000r/min定速到机组负荷升至550MW过程中#3、4轴承各测点的振动趋势图。

4 结语

通过对某厂660MW的1号汽轮机轴系振动异常较大的分析，判断该机组为基频振动，发生部位为低压Ⅰ号转子上，并利用机组停机检修机会进行了处理。通过在低压Ⅰ号转子上增加平衡块，从而降低了#3轴承的振动并控制在标准值以内。同时，通过移动#3轴承处的强磁条，增大强磁条与电涡流测量原件的距离，也起到了降低#3轴承振动的作用。

参考文献

[1]陆颂元.东方600MW机组振动缺陷剖析[J]，汽轮机技术，2008，50（2）：131-133.

[2]张卫军，姜广政.景德镇电厂1号机组振动分析报告[R].陕西西安：西安热工研究院，2016.

[3]周汉杰.金长生.郑淑华等.转子磁通量超标对振动的干扰影响研究[J].机电工程，2014，10（31）：1249-1253.