某600 MW机组部件脱落引起的振动故障分析及处理

刘志敏，曾庆猛

(1.上海华电闵行能源有限公司，上海 201108;2.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

汽轮发电机组部件脱落是导致汽轮机振动的常见故障，部件脱落的准确分析及处理对提高机组运行的安全性和经济性有重要意义。目前部件脱落主要根据振动的变化、频谱等特征进行分析[1-10]。

本文针对某660 MW机组启动过程中发生部件脱落引起振动的问题，根据振动特征进行矢量分析，为同类型故障分析及处理提供参考。

1 机组概述

某660 MW机组汽轮机为上海汽轮机厂有限公司生产的N600-24.2/566/566型超临界、三缸四排汽、单轴、无抽汽、水冷凝汽式汽轮机。5号机组轴系由高中压转子HP、低压转子LP1、低压转子LP2、发电机转子、励磁机转子及9个径向轴承组成，如图1所示。

图1 轴系组成

2 振动故障特征

a.第1次启动升速到1000 r/min以后7瓦复合振动振幅为180 μm，分析为测点问题，更换瓦振传感器，振动恢复正常。升速到3000 r/min后继续空转，3瓦、4瓦、5瓦、6瓦轴振慢慢变大，6Y轴振达到保护值，机组停机。

b.第2次启动升速到2938 r/min，3瓦、4瓦、5瓦、6瓦轴振突增，机组跳闸。其中5X轴振突增到390 μm(370 μm为工频成分)；5Y轴振突增到408 μm，如图2所示。TSI采集振幅数据由正常50 μm突增到390 μm，间隔10 ms，DCS间隔10 ms，如图3、图4所示。升速过程中在1330 r/min、2400 r/min分别有峰值，第2次升、降速分别到1330 r/min、2400 r/min、2938 r/min时，3瓦、4瓦、5瓦、6瓦振动明显，振动通频、工频及相位如表1、表2所示。

表1 升速振动 μm /μm/(°)

表2 降速振动 μm /μm/(°)

图2 5Y振动趋势

图3 振动突变前

图4 振动突变后

如图5所示，第1次和第2次升速Bode曲线重合，降速Bode曲线明显高于升速，且第2次降速曲线高于第1次降速曲线。红色箭头为第1次升、降速过程，蓝色箭头为第2次升、降速过程。

图5 5Y Bode图

c.第3次升速到2000 r/min，第4次升速到2100 r/min，5瓦轴振为200 μm，并有增大趋势，打闸停机，其升速和降速Bode曲线与第2次曲线重合。第3、4次升速过程中，2000 r/min之前各瓦振幅和相位稳定，且绝大部分为一倍频成分。

d.第4次启动升速振动较大时，用听音棒可以听到低压缸有较小异音。

3 振动故障分析

a.第1次升速到3000 r/min时，5Y、6Y轴振振幅分别为101 μm、88 μm，随着空转时间延长，振幅逐渐增大，当5Y、6Y轴振振幅分别为190 μm、240 μm时，振动保护动作停机，此时5Y、6Y相位比升速到3000 r/min时分别增大了85°、30°。从振幅和相位分析，符合摩擦振动特征，判断第1次启动升速到3000 r/min后，5瓦、6瓦发生了径向碰磨，本次摩擦故障分析为后面确认部件脱落故障打下基础。

b.由于第1次启动发生径向碰磨，转子没能完全恢复到第1次启动前的状态，第2次启动到2900 r/min之前，5瓦、6瓦轴振振幅和相位与第1次启动时比较，相同转速下差别不大。但升速到2938 r/min，3瓦、4瓦、5瓦、6瓦轴振突增，同时相位突变，在短时间内振幅和相位发生突变，是转子部件瞬间脱落导致振动的典型特点，也是区分原始不平衡和渐进不平衡的重要依据，如表3所示。

c.对突变前、后的振动进行矢量分析，如表4所示，突变前，3瓦与4瓦、5瓦与6瓦的同相、反相分量较小；突变后，同相、反相分量增加，且反相分量增加较大。这说明2根低压转子两端或者一端的平衡状态发生变化，结合2根低压转子的外端轴承即3瓦、6瓦振动突变比5瓦小得多，认为是低压转子一端的平衡状态发生变化。根据2根低压转子之间联轴器两端的轴承4瓦和5瓦的振动矢量分解，突变后，同相分量变化为251 μm，远大于反相分量的变化，这符合转子动力学特性，同时验证了低压转子一端的平衡状态发生变化。

d.由于5瓦振动突变最为明显，认为部件脱落的位置可能为靠近5瓦侧低压转子末几级叶片和联轴器旋转部件。机组为大修后启动，第1次启动5瓦振动并不大，且大修期间末几级叶片都经过探伤未发现问题，发生断裂的可能性很低，所以重点怀疑为联轴器转动部件脱落。该联轴器两侧装有挡风板，每侧1圈由2片半圆形挡风板组成，在3000 r/min高速旋转时产生较大离心力，若在检修期间重装挡风板时联接螺栓强度不够，或安装不到位，很有可能导致挡风板脱落，从而引起以5瓦为主的振动突变。

e.第3、4次启动升速、降速Bode曲线重合，重现性较好，且与第2次停机降速(此时振动已经突变，部件脱落已经发生)的Bode曲线一致，更进一步验证了故障为部件脱落。

表3 不平衡振动故障特征

表4 振动突变前后矢量分析 μm

4 振动故障处理

分析5瓦联轴器旋转部件脱落可能性大于5瓦低压转子末几级脱落，首先打开联轴器罩壳检查，如果无异常再对5瓦低压转子进行检查。

打开联轴器罩壳后，发现靠近5瓦轴承对轮螺栓的挡风板脱落，脱落位置如图6所示，脱落的挡风板如图7所示，脱落的半圈挡风板质量为7.2 kg。更换整圈挡风板后，机组重新启动振动正常。

图6 联轴器旋转部件脱落位置

图7 联轴器脱落的部件

5 结论

a.采用正向推理的方法进行振动分析，逐步缩小故障范围，逐一排除。首先确定全部的可能故障范围；然后进行振动故障分类，确定是转动部件振动还是支撑部件振动；最后确定是稳定振动还是非稳定振动。

b.振动在10 ms内发生幅值和相位的突变，符合矢量变化规律，是典型的旋转部件脱落振动特征，再根据振动变化幅度及矢量分析，进一步确定发生脱落的部件位置。

c.通过振动特征和矢量分析相结合的方法，对振动故障正确判断，为同类型故障分析及处理提供参考。