国产600 MW汽轮发电机组异常振动的分析处理

韩 涛，王雪峰，白志刚

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

自20世纪80年代末起，东方、哈尔滨、上海三大电气集团公司陆续开始生产国产600 MW汽轮发电机组，目前山西省内有30余台各类国产600MW等级（含660 MW）汽轮发电机组在役运行，已成为山西电网的主力机组。本文重点对哈尔滨电气集团生产的部分600 MW机组轴系振动治理实践经验进行了总结，以期为国产600 MW机组振动故障的诊断及现场处理提供参考。

该型机组为三缸四排汽布置，轴系由高中压转子、2个低压转子、发电机转子、集电小轴及其相应的9个支撑轴承组成。其中汽轮机各转子均为双支撑结构，发电机-集电小轴转子为三支撑结构，9号轴承为滑环外伸端支撑轴承。轴系示意图如图1所示。

图1 600 MW机组轴系示意图

1 低压转子不平衡振动

据不完全统计目前该类型机组已有6台发生过低压转子叶片围带断裂飞脱故障[1]，多台机组在检修时发现低压转子叶顶围带磨损。初步分析表明造成这些故障与设计制造缺陷有关，为此山西省内有4台机组在检修中由制造厂对部分叶片进行了更换，在机组启动中因低压转子更换叶片后质量不平衡、轴系中心调整不当等造成了异常振动。

某电厂2号机于2010年3月初停机进行检修，期间由制造厂对1号、2号低压转子部分叶片进行了更换，4月15日检修结束后开始启动。额定转速下各轴承轴振、瓦振均以基频为主，幅值、相位都比较稳定，但2号、3号、4号、5号、6号、8号轴承轴振动偏大，尤其4号轴承Y向轴振动达180μm，影响机组的安全运行。为此进行了高速动平衡试验，在1号低压转子两端末级叶轮平衡孔、2号低压转子两端末级叶轮平衡孔、发-励对轮共计5个加重平面进行了加重。实际加重为：3瓦侧880 g，4瓦侧880 g，5瓦侧690 g，6瓦侧690 g，8瓦280 g。经过两次高速动平衡试验后，2号机组于4月17日启动后顺利定速，各轴承轴振动均在76μm以内，各轴承瓦振均在25μm以内，保证了机组安全稳定运行。机组动平衡前后额定转速下振动数据对比如表1所示。

表1 2号机组动平衡前后额定转速下振动数据对比表μm

2 集电小轴稳定轴承振动

该型机组的9号轴承为集电小轴稳定轴承，相当数量的机组在新装或检修后启动中出现轴振超标现象，有的甚至达到跳机值（254μm），并且振动以基频为主。引起该轴承轴振动偏大的主要原因是结构设计及制造和安装方面存在一定的缺陷。由于发电机转子和集电小轴为三支承结构，发电机转子二阶临界转速在2 250 r/min左右，而集电小轴相对较轻，且具有细而长的特点，因此9号轴承对轴系的不平衡响应比较敏感。当集电小轴存在一定的原始不平衡或发电机-集电小轴联轴器安装偏差稍大时，9号轴承处就容易产生较大的轴振动。现场减小9号轴振动的有效办法是动平衡，一般通过9号轴承侧集电小轴平衡盘上加重可以取得良好的效果。山西省内有5台机组在检修后发生过集电小轴振动超标现象。

某电厂2号机于2010年6月停机进行检修，期间抽发电机转子进行了检查处理。7月7日，2号机组检修结束启动后9号轴承X向轴振达190μm，影响机组的安全运行，经分析原因为发电机-集电小轴对轮中心调整不当所致，经计算在9号轴承处加重228 g。处理后2号机组于7月12日启动后顺利定速，各轴承轴振动均在76μm以内，各轴承瓦振均在25μm以内，保证了机组安全稳定运行。机组动平衡前后额定转速下振动数据对比如表2所示。

3 发电机轴承振动

有一部分机组发电机转子轴承处轴振动基本稳定在较低水平，但瓦振动产生较大的波动，有时超出报警水平，经分析是由于发电机轴承刚度不足引起的[2—3]。发电机轴承为端盖轴承，它与发电机定子相联接，其刚度除取决于轴承本身的结构刚度外，主要受发电机定子刚度的影响。

表2 机组动平衡前后额定转速下振动数据对比表μm

某电厂2号机2010年6月24日晚发电机振动明显有异常变化，7号轴承瓦振动从20～25μm变为在20～45μm，且随负荷变化逐渐增大，经过一段时间运行后稳定在50～70μm之间。现场测试氢气冷却器及管道振动可达300μm，发电机静子中部振动在60μm左右，其7号轴承轴振动一直在80～100μm之间变化不大。经分析原因为支撑系统连接刚度下降，其固有频率与工作转速接近，导致在轴振动变化不大的情况下瓦振产生较大的变化。经了解，在检修中为了调整低-发对轮中心将发电机底座下的垫片去除，但未做定子负荷分配试验，结果阶梯垫片四个角的阶梯垫片没有垫实，运行中有部分垫片从发电机定子下逐渐退出，导致支撑系统刚度降低、振动增大。因发电机定子负荷调整涉及到轴系中心变化，只能在A级检修中进行，因此确定在临修中进行高速动平衡处理。2011年1月5日2号机组停机临修，经计算在低-发对轮处加重600 g，同时在2号低压转子靠发电机侧加重440 g以补偿低-发对轮加重对低压转子的影响，处理后2号机组于1月19日启动后顺利定速、并网带负荷，在600 MW负荷下7号轴承瓦振动降至20μm以内。机组动平衡前后600 MW负荷下振动数据对比如表3所示。

4 结束语

a）制造厂在对国外技术进行引进时应加强消化吸收工作，并需针对多台机组次末级叶片断裂的问题进行改进设计，增加其强度，防止类似异常的发生，保证机组的安全稳定运行。

表3 机组动平衡前后额定负荷下振动数据对比表μm

b）在检修中需注意提高发电机-集电小轴联轴器的安装质量，并控制好9号轴承轴颈的晃度，保证集电小轴稳定轴承处轴振动处于良好的水平。如启动后振动偏大可通过现场高速动平衡改善9号轴承轴振动。

c）检修时在找正低-发对轮中心时经常要对发电机定子下的垫片进行调整，应加强控制保证检修质量，必要时可进行定子负荷分配试验，并按照安装工艺要求阶梯型布置垫片，保证定子承载均匀。此外，也要避免定子氢冷器及冷却水管等部件产生共振现象而引起发电机轴承座振动的增大，必要时需改进管路设计。如启动后振动偏大可通过现场高速动平衡改善发电机振动。

［1］ 王延博，何国安，王欣洁.超临界600 MW机组振动特性分析综述［J］.热力发电，2010，（3）：85-89.

［2］ 施维新.汽轮发电机组振动及事故［M］.北京：中国电力出版社，2001：113-123.

［3］ 王雪峰，秦萍，李东，等.发电机后轴承异常振动的诊断处理［J］.山西电力，2006（1）：28-29.