600 MW汽轮发电机组轴向振动故障分析及处理措施

倪 军

（国家电力投资集团公司平圩发电公司，安徽淮南232089）

1 设备概述

某厂#4汽轮发电机组采用北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司生产的DKY4-4N41B型超临界一次中间再热、单轴、四缸四排汽反动式汽轮机，锅炉为三井巴布科克公司生产的HG-1970/25.4-YM7型超临界锅炉，发电机为北重阿尔斯通电气设备公司生产的50WT23E-138型三相同步汽轮发电机。汽轮机机组采用模块化设计，包括1个反向单流的高压模块、1个分流的中压模块、2个分流的低压模块。高压部分由16个压力级组成，中压部分为15个压力级，低压部分为2×2×6压力级，低压缸末级叶片长度为1 075 mm。轴系支撑如图1所示。

图1 轴系支撑

2 故障现象

#4机组A类检修后于2017年6月28日凌晨03：02开始启动，刚定速3 000 r/min时，#4机组#5和#6轴振均在50 μm以内。机组并网后，#5和#6轴振基数随负荷增加而爬升，直至额定负荷工况下的160 μm左右。相同负荷工况下，#5和#6轴振呈现周期为1 h左右的正弦波动，其中#5、#6轴振相对明显，在300 MW工况下，#5、#6轴振在60～90 μm区间波动；500 MW工况下，#6轴振在90～130 μm区间波动。当周期性、正弦波动消失时，#5和#6轴振会稳定在振动高位运行。在振动幅值大幅波动的同时，#5和#6轴振相位基本稳定。

3 故障原因分析

在机组运行过程中，轴承座与台板虽然是刚性连接，但轴承座垂直振动的相位沿轴向变化了180°，这说明轴承座承受了一个轴向的倾翻力矩作用，而这有两种可能：一是轴承座刚度在轴向方向上差别较大；二是转子施加给轴承座一个较大的力偶作用，事实上#5和#6轴振就是呈现近似的反向振动，比如5Y轴振24∠332°、6Y轴振63∠146°，会造成轴颈与轴承间相对弯曲。在这种情况下，轴承座承受轴向的倾翻力矩作用，会使轴承座的轴向振动增大。此外，轴承端盖对轴承紧力偏小、存在间隙，将致使转子在运行过程中出现跳动，从而引起振动。而当轴承端盖对轴承紧力过大时，轴承在运行中自位调整的能力丧失，使轴承座产生轴向振动的可能性加大。

基于以上振动特征及其原因分析，引起轴承座产生轴向振动的原因有以下几种可能：

（1）轴承座的刚度偏小。

（2）轴承端盖对轴瓦紧力偏小、存在间隙，使轴承出现跳动；或轴承端盖对轴瓦紧力过大，轴承失去自位调整能力。

（3）转子弯曲数据超标。

3.1 轴承座刚度

在机组运行中将#5、#6轴承座与台板地脚连接螺栓按力矩紧固，以增加轴承座的连接刚度。紧固后#5、#6轴承振动值都略有下降，但远超标准值。在#4机组A类检修中，重点检查了#5和#6轴承座的安装，台板与相角垫铁之间接触密实，0.05 mm塞尺不入，每个支撑脚与台板接触良好，保证其水平坐落在台板上，确保每个轴承的4个支撑脚承载均匀。因此，轴承座的刚度并非造成轴向振动大的主要原因。

3.2 轴承盖紧力

经实测，轴承盖对轴承紧力为0.05 mm，未超标；轴承侧隙、顶隙，轴承前后间隙的均匀度符合质量标准要求。排除轴承盖对轴承紧力偏小、存在间隙，使轴承出现跳动；或轴承盖紧力过大，致使轴承在运行中失去自位调整的能力。

3.3 转子弯曲数据超标

在#4机组A类检修中，测量转子弯曲度，转子弯曲度数据符合质量标准。

3.4 发电机转子热弯曲

检修中发现#5、#6轴承均有磨损印痕，说明轴承座承受了一个轴向的倾翻力矩作用引起弯曲变形，导致轴承座轴向振动变大。

引起发电机转子热弯曲的常见原因有转子材质问题、冷却系统故障、转子线圈膨胀受阻和匝间短路。考虑到#4发电机振动随负荷增加而爬升是在机组大修后出现的，因此可以排除转子材质不均匀问题。发电机转子产生热变形的主要因素分析如下：

（1）转子线圈膨胀受阻、匝间短路或转子绕组短路，转子局部过热使槽衬断裂。

（2）冷却系统出现故障，对于氢气内冷的发电机而言，通风孔是转子热交换的主要风路通道，如果通风孔变形、杂物堵塞等引起通风孔通流面积减小，将破坏冷却的对称性，使转子横截面出现温度不对称，引起热弯曲。该故障的最大特点就是：随着氢温的升高，发电机转子的冷却效果变差，但转子不对称冷却程度就相对减小，最终使得振动减小。

4 处理措施

针对发电机转子可能产生热变形的原因，专业人员现场检查，排除了转子线圈膨胀受阻、匝间短路或转子局部过热引起的振动故障，确定了转子冷却系统故障是转子热弯曲产生的原因，提出了针对性的处理方案：决定先用0.8～1.0 MPa压缩空气对转子通风孔进行吹扫。在吹扫过程中，风孔中有碎屑形成的黏状物被吹出，经检查确认，是氢冷系统管道法兰垫片被冲刷散落到风道内冷导线内，造成汽轮发电机组运行中#5、#6轴瓦轴向振动大，发电机转子通风孔堵塞，使转子横截面出现温度不对称，产生热弯曲，转子热弯曲又造成轴承座的轴向振动增大。通过上述处理后，#5、#6轴瓦的振动位移由0.131 mm降至0.015 mm和0.016 mm，从而有效解决了机组轴向振动过大的故障。

5 结语

汽轮发电机组轴承振动现象是主机运行中常见的主要故障之一，且产生原因复杂，只有正确地分析和判断，找出问题所在，才能排除故障。

本文所述案例，针对#4汽轮发电机组的发电机前后瓦轴向振动大这一故障现象的特征，排除了轴承座刚度不足、轴瓦紧力过大（小）、转子弯曲变形等因素，找出了转子热变形是引起轴向振动过大的原因所在，并据此采取了处理措施，保障了机组的长周期安全稳定运行，对同类型机组具有一定的借鉴意义。

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