汽轮发电机组振动故障分析与治理

张 芳

(马钢煤焦化公司，安徽 马鞍山 243000)

一、现状

工厂5#干熄焦汽轮发电机组容量为18MW，轴系布置如图1所示。

图1 汽轮发电机组轴系布置示意图

自2007年投产以来，机组开停机过临界振动过大。1#瓦过临界时垂直瓦振达到180～230μm，且频繁出现下瓦损坏现象。新瓦换上后，运转15～30天再次损坏。为解决机组振动问题，作了4次揭缸检查、3次返厂动平衡，对汽轮机前轴承座和基础进行了检查和调整、多次复查联轴器中心等维修工作，但效果不明显。

二、转轴振动分析

5#机设计时只配置了瓦振传感器，前期故障分析只能以瓦振为主。不能完全反映轴振。2010年4月15日，利用机组检修机会，加装了1套轴振测量系统。

测试结果表明，低转速下轴振已经很大。400r/min时1#轴振达到100μm。产生这种现象有3种可能性：测点处轴颈表面粗糙度差；转子弯曲；转子轴颈晃度大。

1 150r/min中速暖机和3 000r/min定速时，虽然各瓦瓦振在合格范围内，轴振却已经超过打闸值。该机组轴振较大，足以引起轴承乌金疲劳损坏。转速一定时，振幅变化范围在±10%之内，相位变化在±10°之内，基频振幅占通频振幅的70%以上，具有典型的不平衡特征。为排除转子找正问题，决定复查轴系中心后重新测试振动和进行动平衡。

本次检修在2#瓦底部加0.01mm垫片、左侧加0.005mm垫片，3#瓦底部加0.01mm垫片、左侧加0.005mm垫片、右侧减0.005mm垫片。复查联轴器对中情况，上开口为0.035mm，左开口为0.01mm。本次检修后，3 000r/min定速后1#垂直和水平轴振从原265μm、243μm分别降为200μm、190μm。1#轴振虽有所降低，但仍维持在较高幅值上，且低速时轴振读数仍然很大。

三、轴系中心调整前后1#轴承油膜厚度变化情况

1#轴承下瓦乌金频繁出现疲劳损坏，怀疑轴承承载过重所导致。本次轴系中心调整，将2#瓦和3#瓦分别抬高0.01mm,有助于减小1#轴承载荷。利用加装的涡流传感器，全面测试了1#轴承在低速、定速和满负荷三种情况下轴振测点间隙电压变化情况，据此分析了轴系中心调整前后工作状态下1#轴颈中心在轴承内位置以及轴承油膜厚度变化情况。表1给出了测试结果。经过调整，1#瓦处的轴颈垂直和水平偏移量由原0.256mm、0.372mm下降为0.192mm、0.269mm，最小油膜厚度也相应地由0.03mm增大到0.079mm。1#轴承润滑状况得到改善。

表1 轴系中心调整前后1#轴颈中心位置和油膜厚度变化情况

四、机组动平衡过程分析

1.汽轮机和联轴器动平衡过程分析

本次停机后对1#轴颈作了修磨处理，处理后轴颈晃度降为0.03mm，在汽轮机末级叶片加重488g∠180°。

本次开机在3 000r/min定速后，1#轴振垂直和水平方向振幅下降了30～50μm。机组并网带10MW负荷运行期间，1#水平轴振稳定、垂直轴振有波动，再次在汽轮机末级叶片加重400g∠80°。

本次加重后开机，振动变化幅度不大，决定在联轴器上继续加重。

5月16日在联轴器连接螺栓上用焊接的方式加重550g∠350°。加重后，3#瓦振动变小，但3 000r/min定速后1#垂直和水平轴振分别达到250μm和270μm。

2.发电机动平衡过程分析

拆除联轴器上所加平衡重量后，重新开机测试振动，决定在发电机两侧加平衡块。

具体方案为：发电机转子前端和后端平衡槽内分别加重300g∠315°和300g∠135°。

加重后，开机过临界转速时1#瓦最大振动为56μm，其余各瓦过临界最大振动值均在50μm以下。3 000r/min定速下1#水平轴振95μm，垂直轴振为135μm，振动大幅度减小。连续运行1天后，1#轴振数据逐步增大到230μm，1#～4#瓦振基本没有变化。决定对发电机转子进行第2次动平衡调整。

具体加重方案为：发电机转子前端和后端平衡槽内分别加重130g∠0°和130g∠180°。本次动平衡调整效果明显。3 000r/min时1#水平和垂直轴振分别降到70μm和100μm。升负荷至15MW过程中，1#水平和垂直轴振分别为100μm和105μm。

五、动平衡后轴颈中心位置和最小油膜厚度情况

动平衡后机组振动明显减小，机组带满负荷稳定运行。测试数据表明，满负荷稳定运行工况下，1#轴颈垂直和水平方向上的偏移量稳定在0.142mm和0.167mm，最小油膜厚度达到0.133mm。轴承润滑状况明显改善。

六、结论

5#机振动故障原因比较复杂，归纳起来主要有：低转速下轴振大，转子存在中心不正现象；1#轴承处油膜厚度不足，导致轴承润滑性能不好，工作状态较差；机组临界转速和工作转速下轴振过大，导致轴承所承受的动态激振力较大，容易导致乌金的疲劳损坏。最终通过轴系中心调整和轴系动平衡手段消除了机组振动和轴承碎瓦故障。

目前状态下，1#轴承的轴心轨迹椭圆度较大，说明垂直和水平方向上的刚度差异较大，机组还存在一定程度的不对中。

5#机目前已安全运行近10个月，各项参数均在优良范围内。1#轴瓦的瓦温平稳，说明1#轴瓦运行平稳，频繁损坏的问题已经得到解决。