汽轮发电机组低速碰磨特征分析与处理探讨

胡伟

摘 要：本文以2台汽轮发电机组为研究对象，对其进行A级检修后，经启动发现，其中一台在低速下，存在非常大的轴振动异常，而另外一台于低速下，则有着偏大的轴振动。通过与间隙电压值相结合，且对比于历史振动数据，首先将轴振动信号异常问题给排除掉，后经分析得知，动静碰磨故障为振动异常的原因所在。依据汽轮机与发电机基本的结构特性，提出了延长暖机时间及多次启动的处理方法。能够在比较短的时间内，将碰磨故障给消除掉，使机组长时间保持稳定运行状态，避免振动异常情况的再次发生。

关键词：汽轮发电机;碰磨;特征;处理

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0163-02

近年，为了能够最大程度促进汽轮发电机组在经济性上的提升，避免出现漏油情况，在实际检修过程中，通常情况下，会调整汽轮机的油挡动静间隙、轴封及通流部分，使其处于允许值的下限，所以，经常会发生汽轮发电机组出现碰磨情况。在对机组进行A级检修之后，不仅与动静间隙偏小这一因素有密切关联，而且还与密封材料、膨胀、启动运行方式等因素之间有紧密联系。所以，在A修后，会出现比较明显的碰磨故障。有报道分析了汽轮发电机组产生摩擦诊断背景下的基本机理、部位及具体时间，并对径向、轴向碰磨形成的基本原因及主要特征进行了全面分析，探讨了各种状态下识别摩擦振动的有效方法。有学者以三台机组为对象，对其开展振动测试，分析了故障简况，探讨了振动特征，总结了整个判断过程，最后指出了现场应急处理的具体操作方法。但需要指出的是，上述内容主要研究的是高转速。如果处于低转速下，对碰磨故障信号进行准确识别，及早将早期阶段的碰磨故障给找出来，并制定具体的解决措施，防止严重碰磨故障的发生，避免对设备所造成的损坏，意义重大。本文结合汽轮发电机组实例，就其低速碰磨的基本特征作一分析，给出了具体的处理对策，现对此作一探讨。

1 第1台机组发电机碰磨故障分析及具体处理方法

此机组实为超临界660MW，而在具体的汽轮机型式上，即一次中间再热、超超临界、双背压等，另外，利用水氢氢进行发电机冷却。

1.1 首次启动升速

2019年1月5日19：57，机组A经过检修后，实现首次冲转。当处于低速转动下（每分钟310r），8x轴振动为139μm，而8y为134μm，此时，其所代表的实际就是此测量位置轴颈所存在的实际晃度，从中可知，存在着偏大的晃度异常，通过对该机组既往的数据进行详细查阅，得知在低速情况下，8x轴振动是99μm，而8y是97μm，受发电机电磁缺陷所造成的影响，或者是轴颈表面机械存在缺陷所带来的影响，在整个频谱当中，不仅有比较低的高次谐波，而且还有比较大的2倍频分量。20：06时，升速已经达到了每分钟507r，另外，8x轴振动255μm，而8y为204μm，其它测定均维持正常状态。而基于间隙电压层面来分析，无论是8x轴振动传感器的测点，还是8y轴测点，均处于正常工作状态，所传送的信号均可信且真实。经现场检查得知，集电环位置处的碳刷，存在明显的磨痕，将所有的碳刷均拔掉。

1.2 第2次

2019年1月5日20：36，机组再次进行冲转。当处于低速状态下，即每分钟300r，8x的轴振动晃度为97μm，而8y轴为96μm，存在显著偏大，但相比第1次，有一定的减小。所以，选择再次进行升速。而到了20：45时，声速维持在每分钟1260r，此时，8x的轴振动是307μm，而8y轴317μm，而对于其它轴振动来讲，均维持在正常状态，此时，整个机组所对应的振动保护动作处于跳闸状态。

对此，进行停机降速，当机组处于惰走状态时，也就是每分钟1100r，此时的8x在具体的轴振动上，达335μm，而对于8y轴来讲，则为325μm;当处于每分钟399r时，8x的轴振动是153μm，而8y轴则为149μm，将连续盘车投入。从中得知，当停机降速时，其在具体振动上，相比启动升速振动，要明显偏大，经系统化分析指出，机组在具体振动上，多于8x、8y轴振动上得以表现，而其它测定在具体振动上，均保持正常状态，故障部位可能在8号轴承周围。另外，基频为整个振动的主频率，实为一种普通类型的强迫振动，在8号轴承周围，出现了比较严重且明确的动静碰磨，因此，针对碰磨部位来分析，不仅集电环碳刷，而且还有比较显著的碰磨点。

还需要指出的是，针对发电机动静碰磨部位来考量，其不仅有密封瓦，而且还有碳刷、端部油挡等，还需要说明的是，密封瓦碰磨大多出现于那些异常的机组上，比如密封瓦卡涩，或者是轴段不平衡响应过高，而对于此机组发电机而言，其有着基本正常的不平衡响应，所以，将密封瓦、碳刷予以排除，最终认定油挡为整个机组的碰磨部位。在本次检修当中，分别对位于发电机两端的油挡进行了更换，即换成塑料油挡，此种油挡由于采用的是非金属材料，当接触高温后，易出现变形。通过开展两次碰磨，油挡间隙增大，所以，决定再次冲转。

1.3 第3次

2019年1月5日21：52，机组冲转。低速，即每分钟309r，此时，8x轴振动晃度是99μm，而8y是101μm，接近于第二次的各项数值;还需要指出的是，5x轴振动所对应的低速晃度为63μm，而5y为63μm，同样有显著偏大。而到了22：34，升速至每分钟600r，此时8x的轴振动是111μm，而8y是110μm，其它轴振动处于正常状态。22：50，再次升速，达每分钟2249r，开展高速暖机，机组振动处于正常状态。

2 第2臺机组汽轮机碰磨故障及处理方案分析

此机组即为比较常见的超临界135MW汽轮机，主要型式为凝汽式、中间再热式、超高压式及双缸双排汽等，实为一种供热机组，所采用的是空冷的冷却方式。机组的支承轴承共有5个，其中，1、2号轴承是两个落地轴承，所起到的作用是支承汽轮机高中压转子，而3号轴承的主要作用是支承汽轮机低压转子，对于4、5号轴承来讲，其主要支承发电机转子。还需要说明的是，3、4号位于同一个轴承箱当中。而对于机组的振动测点来讲，具体布置为：所有的轴承均安装有2个电涡流传感器，其彼此间处于垂直状态，从汽轮机方向想发电机方向进行查看，右边45°是y向，而左侧45°是x向。

此机组早在2015年便已经投入生产，在实际运行当中，主要问题是：启动升速过程中，2x、2y存在比较大的震动保护动作，且通常情况下，许多连续多次启动，方能实现定速（每分钟3000r），因而对机组的正常、高速生产造成了严重影响。2019年3月14日8：12，机组A修首次启动。而到了8：25时，冲转低速暖机达到了每分钟500r，此时，2x所对应的轴振动是69μm，而2y所对应的是49μm，另外，在具体的基频振动值上，即为27μm∠253°，而相位为26μm∠186°，在此之后，无论是2x轴振动，还是2y轴振动，均有慢速爬升的情况，而到了，9：22时，2x已爬升到106μm，而2y轴振动则爬升到103μm，其中，2x的基频是64μm∠256°，而2y的基频为82μm∠168°。基频为整个振动的主频率，而在具体性质上，即为普通的强迫振动。另外，通过分析轴振动轴心轨迹图，从中发现，轴心轨迹并无毛刺，而且存在并不突出的严重碰磨特征。在对2x、2y轴振动所對应的爬升原因进行判断时，多依据低压缸所出现的轻微或不明显的动静碰磨，或者是轴承附近的轴封来明确，此时，通过就地检查得知，低压后轴封位置处，存在明显的零星火花情况。

若基于机组碰磨故障下进行升速处理，那么将2x、2y轴振动加上去，此时便会出现偏大的低速晃度，并且还会根据实际情况，在振动信号当中进行叠加，受此影响，可能会引起直接性、瞬时性的机组振动保护动作，这同样是之前启动升速存在偏大的震动的原因所在，此外，还是引发跳闸情况的主要原因。通过将暖机时间给予适当性的延长，一般情况下，此转速框架内的暖机时间可达到30分钟，而此次暖机时间明显偏长，已经达到了3个小时，对此，根据现实情况及相关需要，制定了长时间振动磨合方案，以此来稳定振动;到了12：26，2x轴振动稳定于73μm，而2y轴振动维持在51μm，基本相同于每分钟500r时的振动数据，另外，还需要指出的是，此时的基频振动是31μm∠257°，而与之相对应的相位是32μm∠182°，由此可知，无论是基频振动值，还是相位，均接近于刚到低速暖机时的数值。13：52时，机组在具体升速上达到了每分钟3000r，首次冲转至每分钟3000r时，2y轴振动最大，即122μm，但相比于既往数据，无论是在相位上，还是在大小上，都比较接近，其他测点在振动上比较优良。

3 结语

综上，需要指出的是，当有着偏大的低转速暖机振动异常时，在具体的频谱图上，一般情况下，大多故障会出现多种高次谐波分量，对此，需要依据轴振动所输出的实际间隙电压值，对信号有无异常进行深入判断，后对比于既往数据，这样便能够对动静碰磨故障进行准确判断。针对发电机低速碰磨故障来考量，因存在着比较少的动静接触部位，尤其是采用的是非金属材质的油挡，可实施多次启动，以此将动静碰磨故障给清除掉。当汽轮机处于低速状态下，会出现碰磨故障，在此情况下，因动静接触部位比较多，而且还有着比较小的动静间隙，因此，在控制震动时，可适当性的延长暖机时间，开展磨合，这样更为适宜。

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