大型發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中軸承振動(dòng)的診斷與處理

大型發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中軸承振動(dòng)的診斷與處理

韶關(guān)處理廠8號(hào)機(jī)車是由哈花汽廠生產(chǎn)的三通道、三排氣、三凝汽機(jī)械。1985年交付。1991年,將發(fā)電機(jī)6號(hào)、7號(hào)軸瓦由三油楔瓦改為橢圓瓦。1999年,對(duì)低壓缸通流部分進(jìn)行改造,更換了低壓部分的十五級(jí)葉片、葉輪及隔板,消除了中壓轉(zhuǎn)子加長(zhǎng)軸靠背輪晃動(dòng)及瓢偏大的缺陷,改造后,對(duì)軸系進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速(1250r/min)下,6號(hào)軸瓦振動(dòng)為95μm,運(yùn)行一段時(shí)間后增大到135μm,機(jī)組在3000r/min定速和帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),各軸瓦振動(dòng)均小于40μm。2002年5～7月,8號(hào)機(jī)組大修,這次大修主要對(duì)DCS控制系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)進(jìn)行改造,對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及各軸瓦進(jìn)行常規(guī)檢修,沒(méi)有做大的改動(dòng)。為了保證DCS系統(tǒng)改造后機(jī)組能安全、順利地運(yùn)行,有必要對(duì)軸瓦振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。1空負(fù)荷下的振動(dòng)監(jiān)測(cè)1.1機(jī)中各軸瓦振動(dòng)2002年7月21日,8號(hào)機(jī)大修后首次啟動(dòng),重點(diǎn)測(cè)試了在臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子6號(hào)、7號(hào)軸瓦、汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子2號(hào)、3號(hào)軸瓦的振動(dòng)以及機(jī)組在3000r/min定速時(shí)各軸瓦的振動(dòng)。各軸瓦振動(dòng)值見(jiàn)表1。從表1可以看出,機(jī)組在3000r/min定速運(yùn)行時(shí)各軸瓦的振動(dòng)較好,均在30μm以內(nèi),但在升速過(guò)程中,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下6號(hào)瓦振動(dòng)達(dá)128μm,7號(hào)瓦振動(dòng)為119μm,偏大。1.2激振力過(guò)大引起的振動(dòng)分析表1的監(jiān)測(cè)結(jié)果,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)過(guò)大的故障原因有以下2點(diǎn):a)軸承座動(dòng)剛度低軸承座動(dòng)剛度包括結(jié)構(gòu)剛度、共振影響、連接剛度。由于8號(hào)機(jī)投運(yùn)時(shí)振動(dòng)水平良好,由此可以排除共振和結(jié)構(gòu)剛度的影響。在振動(dòng)較大的相應(yīng)轉(zhuǎn)速下檢測(cè)了振動(dòng)較大的幾個(gè)軸瓦連接剛度,結(jié)果表明,連接剛度正常,表明振動(dòng)過(guò)大原因是由激振力增大所致。b)激振力過(guò)大引起穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力有轉(zhuǎn)子不平衡、固定式聯(lián)軸器連接的軸系同心度和平直度出現(xiàn)偏差、軸頸不圓等3種。軸系連接的同心度和平直度主要由兩個(gè)聯(lián)軸器同心度和端面垂直度決定,8號(hào)機(jī)大修前振動(dòng)良好,而且這次大修檢查沒(méi)問(wèn)題,所以軸系連接的同心度和平直度的偏差可以排除,唯一不可排除的只有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡力的問(wèn)題。1.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)a)分析故障原因后,確定消除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下6號(hào)、7號(hào)瓦振動(dòng)大的措施為調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下的平衡問(wèn)題。2002年8月2日,經(jīng)計(jì)算,在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子6號(hào)、7號(hào)瓦的風(fēng)扇平衡槽中分別加重2030g和1633g。b)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加平衡塊后重新啟動(dòng),在升速過(guò)程中,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下,6號(hào)、7號(hào)瓦的振動(dòng)分別降為82μm和69μm,各個(gè)軸瓦的振動(dòng)值見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),加平衡塊后,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下,6號(hào)、7號(hào)瓦的振動(dòng)明顯降低,定速下的振動(dòng)也不大,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。2負(fù)荷后軸承的振動(dòng)誤差分析2.1發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、并網(wǎng)2002年8月5日,8號(hào)機(jī)大修后首次帶負(fù)荷運(yùn)行,11時(shí)55分汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn),12時(shí)42分定速在3000r/min;12時(shí)50分發(fā)電機(jī)并網(wǎng),帶低負(fù)荷暖機(jī),這時(shí)各軸瓦的振動(dòng)均在35μm以內(nèi)。由于這次開(kāi)機(jī)是在動(dòng)平衡試驗(yàn)合格后進(jìn)行,所以沒(méi)做專門的振動(dòng)監(jiān)測(cè),只是根據(jù)DCS系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)軸承的振動(dòng)值,無(wú)法分析振動(dòng)頻率及振動(dòng)性質(zhì)。2.2第一次振動(dòng)故障診斷2.2.1m后3號(hào)瓦振動(dòng)2002年8月6日4時(shí)35分,機(jī)組負(fù)荷加至138MW,在轉(zhuǎn)廠用電時(shí)發(fā)電機(jī)解列,負(fù)荷從138MW減到0,維持定速在3000r/min;5時(shí)08分發(fā)電機(jī)重新并網(wǎng);6時(shí)50分,負(fù)荷加至120MW時(shí),3號(hào)瓦振動(dòng)增大到65μm,2號(hào)瓦振動(dòng)為55μm,負(fù)荷從120MW減到11MW,振動(dòng)減小,重新加負(fù)荷;14時(shí)50分,負(fù)荷加到90MW,3號(hào)瓦振動(dòng)又增大到65μm,2號(hào)瓦振動(dòng)為55μm,負(fù)荷從90MW減到5MW,振動(dòng)值減小,然后逐步加負(fù)荷;17時(shí)55分,負(fù)荷加至77MW,3號(hào)瓦振動(dòng)開(kāi)始增大;18時(shí)49分,3號(hào)瓦振動(dòng)達(dá)到70μm,2號(hào)瓦振動(dòng)達(dá)55μm,打閘停機(jī);18時(shí)53分,重新掛閘、升速,在3000r/min定速時(shí),3號(hào)瓦振動(dòng)又升到70μm,打閘停機(jī),停機(jī)時(shí)中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)為125μm,停機(jī)后測(cè)量轉(zhuǎn)子晃動(dòng)正常。2.2.2軸向靜磨拉減壓8號(hào)機(jī)2號(hào)、3號(hào)軸承振動(dòng)大的原因,初步分析主要由于轉(zhuǎn)廠用電時(shí)發(fā)電機(jī)解列,負(fù)荷從138MW減到0,引起汽缸膨脹變化,造成軸向動(dòng)靜磨碰,致使軸承振動(dòng)增大。停機(jī)后盤車正常、轉(zhuǎn)子晃動(dòng)正常,證明大軸沒(méi)有彎曲,可以繼續(xù)開(kāi)機(jī),并制定了相應(yīng)的開(kāi)機(jī)條件及注意事項(xiàng)。2.3號(hào)、3號(hào)瓦振動(dòng)快速增長(zhǎng)2002年8月14日中午,機(jī)組再次啟動(dòng),在升速、過(guò)臨界的過(guò)程中,軸承振動(dòng)正常,3000r/min定速約1min,2號(hào)、3號(hào)瓦振動(dòng)急劇上升,2號(hào)瓦振動(dòng)達(dá)100μm,3號(hào)瓦振動(dòng)達(dá)130μm,打閘停機(jī),降到2950r/min后振動(dòng)快速降下。8月14日晚上,再次沖轉(zhuǎn),在升速過(guò)程中比較順利,各軸瓦振動(dòng)正常,但轉(zhuǎn)速升到3000r/min,2號(hào)、3號(hào)瓦的振動(dòng)從24μm直線上升到100μm,打閘停機(jī)。2.3.1軸瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)被破壞的油檔浮動(dòng)環(huán)不能裝定位銷2002年8月15日,檢查各軸承浮動(dòng)油檔,發(fā)現(xiàn)3號(hào)軸承外側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)磨損、變形、中分面螺栓松掉,致使浮動(dòng)油檔與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)且卡死,內(nèi)側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)松動(dòng),下油檔掉下,上油檔則騎在轉(zhuǎn)軸上,2號(hào)軸瓦兩側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)磨損、變形嚴(yán)重,而且1～5號(hào)軸瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)沒(méi)裝定位銷,將1～5號(hào)瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動(dòng)環(huán)加裝定位銷,修復(fù)2號(hào)、3號(hào)軸承浮動(dòng)油檔。2.3.2發(fā)電機(jī)再程序,活性監(jiān)測(cè)根據(jù)軸承檢查情況,分析認(rèn)為2號(hào)、3號(hào)軸承浮動(dòng)油檔松動(dòng),變形后與轉(zhuǎn)軸磨碰是造成2號(hào)、3號(hào)軸瓦振動(dòng)大的原因,處理好后可以再開(kāi)機(jī),并做振動(dòng)監(jiān)測(cè)。2002年8月16日11時(shí)15分,汽輪機(jī)再次開(kāi)機(jī),12時(shí)15分發(fā)電機(jī)并網(wǎng),帶低負(fù)荷暖機(jī),逐步加負(fù)荷,最高負(fù)荷達(dá)到180MW。在這次開(kāi)機(jī)、升速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速,3000r/min定速以及帶負(fù)荷的過(guò)程中,各軸瓦的振動(dòng)正常。這次開(kāi)機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)8月7日和8月14日出現(xiàn)的帶負(fù)荷振動(dòng)大及定速下振動(dòng)大的現(xiàn)象,似乎處理油檔后,機(jī)組振動(dòng)故障已經(jīng)消除。2.4發(fā)電機(jī)并網(wǎng)和3號(hào)瓦振動(dòng)上升到84m2002年8月17日,再次出現(xiàn)3次因2號(hào)、3號(hào)軸瓦振動(dòng)突然增大而不得不打閘停機(jī)的現(xiàn)象。具體過(guò)程如下:17日4時(shí)31分,帶負(fù)荷97MW,2號(hào)、3號(hào)瓦振動(dòng)分別突然增大到84μm,100μm,打閘停機(jī);4時(shí)41分重新掛閘,4時(shí)51分定速在3000r/min,4時(shí)56分發(fā)電機(jī)并網(wǎng),逐步加負(fù)荷;15時(shí)11分,3號(hào)瓦振動(dòng)急劇上升到88μm,2號(hào)瓦振動(dòng)上升到67μm,打閘停機(jī),重新掛閘、升速到3000r/min,發(fā)電機(jī)并網(wǎng);16時(shí)37分,帶22MW負(fù)荷運(yùn)行,3號(hào)瓦振動(dòng)急劇上升到76μm,2號(hào)瓦振動(dòng)上升到59μm,打閘停機(jī);16時(shí)42分,重新掛閘、升速,到3000r/min定速,3號(hào)瓦振動(dòng)急劇上升到76μm,2號(hào)瓦振動(dòng)上升到60μm,打閘停機(jī)。2.4.1機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)無(wú)檢測(cè)由于這一振動(dòng)出現(xiàn)時(shí),振動(dòng)增大很快,為了機(jī)組的安全,振動(dòng)一旦較大,運(yùn)行人員就立即打閘停機(jī),因此捕捉這一振動(dòng)十分困難,盡管機(jī)組DCS上配備有振動(dòng)記錄圖象、數(shù)據(jù),但卻不能確定振動(dòng)故障的性質(zhì)。經(jīng)過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的連續(xù)監(jiān)測(cè),終于在8月17日第三次2號(hào)、3號(hào)軸瓦振動(dòng)增大的過(guò)程中記錄到振動(dòng)的整個(gè)變化過(guò)程,并測(cè)量出引起振動(dòng)增大的過(guò)程及振幅的各種頻率分量。振動(dòng)的增大,主要頻率是1/2分量,即25Hz的振動(dòng)。2.4.2故障診斷根據(jù)測(cè)試結(jié)果,可以對(duì)機(jī)組振動(dòng)故障作出診斷。2.4.2.軸頸擾動(dòng)應(yīng)界定為軸瓦自激振動(dòng),機(jī)組振動(dòng)應(yīng)查2號(hào)、3號(hào)軸瓦的振動(dòng)性質(zhì)屬于軸瓦自激振動(dòng)。由于該機(jī)汽機(jī)中壓轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速約為1531r/min,高于1/2的工作轉(zhuǎn)速,因此在2號(hào)、3號(hào)軸瓦上,只能產(chǎn)生軸瓦半速渦動(dòng)。機(jī)組振動(dòng)故障診斷為軸瓦自激振動(dòng),為此,應(yīng)查明軸頸擾動(dòng)是否過(guò)大。機(jī)組在帶負(fù)荷下,2號(hào)、3號(hào)瓦軸振均在50μm以下,由此可以排除運(yùn)行狀態(tài)下軸頸的擾動(dòng)過(guò)大引起的軸瓦失穩(wěn),即可得出半速渦動(dòng)的原因是軸瓦穩(wěn)定性差。該汽機(jī)軸瓦是三油楔瓦,這種軸瓦動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較差,因此用在發(fā)電機(jī)軸瓦上約有20%的機(jī)組發(fā)生了油膜振蕩,為此,1990年,對(duì)發(fā)電機(jī)軸瓦的三油楔瓦全部更換為橢圓瓦,但三油楔瓦用在汽機(jī)轉(zhuǎn)子上,很少發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)。2.4.2.頂隙值:2號(hào)、3號(hào)軸瓦頂隙明顯偏影響軸瓦穩(wěn)定性的因素,除了軸瓦載荷外,另一主要原因是軸瓦頂隙,從這次8號(hào)機(jī)大修記錄中可知,2號(hào)軸瓦頂隙為0.50mm(標(biāo)準(zhǔn)為0.35～0.45mm),3號(hào)軸瓦頂隙為0.62mm(標(biāo)準(zhǔn)為0.40～0.50mm),2號(hào)、3號(hào)軸瓦頂隙明顯偏大,這是8號(hào)機(jī)大修后,2號(hào)、3號(hào)軸瓦產(chǎn)生半速渦動(dòng)的主要原因。2.4.2.軸瓦穩(wěn)定性的影響經(jīng)分析,可以采用以下2種消除軸瓦半速渦動(dòng)的措施:a)改變軸瓦型式8號(hào)機(jī)的2號(hào)、3號(hào)軸瓦為三油楔瓦,這種軸瓦的穩(wěn)定性較差,為了徹底解決軸瓦穩(wěn)定性差的問(wèn)題,可以將汽機(jī)轉(zhuǎn)子的軸瓦改為橢圓瓦,但更換軸瓦的工作量大、時(shí)間長(zhǎng),最好在機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行。b)提高軸瓦穩(wěn)定性三油楔軸瓦的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較差,但用于汽機(jī)轉(zhuǎn)子上,其穩(wěn)定性尚可,因此在現(xiàn)有的軸瓦上,提高其穩(wěn)定性是一種簡(jiǎn)單的消振方法。具體操作是在現(xiàn)有的軸瓦上,減少軸瓦的頂隙,將2號(hào)軸瓦頂隙由0.50mm減小到0.40mm,3號(hào)軸瓦頂隙由0.62mm減小到0.45mm;減小軸瓦的長(zhǎng)徑比,為此,需減小下瓦鎢金的長(zhǎng)度,但會(huì)破壞三油楔瓦的阻油邊,需另外補(bǔ)焊阻油邊,整個(gè)工作量較大;調(diào)高2號(hào)、3號(hào)瓦的標(biāo)高,標(biāo)高的增加,增加了軸瓦載荷,有利于軸瓦的穩(wěn)定性。但由于2號(hào)、3號(hào)軸瓦鎢金溫度已經(jīng)偏高(分別為75℃和85℃),如增加軸瓦載荷,會(huì)進(jìn)一步使鎢金溫度升高,這一工作的工作量也很大。經(jīng)比較,減小軸瓦頂隙的措施最為簡(jiǎn)單易行,所以,決定采用減小軸瓦頂隙的方法來(lái)提高軸瓦的穩(wěn)定性。另外,為了降低2號(hào)、3號(hào)軸瓦的鎢金溫度,在減小軸瓦頂隙的同時(shí),翻出2號(hào)、3號(hào)瓦的下瓦,檢查軸頸與下瓦鎢金的接觸情況,如有異常,對(duì)下瓦鎢金進(jìn)行處理。2.4.3頂隙的前后頂隙對(duì)比測(cè)量a)確定采用減小軸瓦頂隙的方法來(lái)提高軸瓦穩(wěn)定性。2002年8月19日～21日,揭開(kāi)2號(hào)、3號(hào)軸瓦,用修磨軸瓦中分面的方法,減小軸瓦頂隙,分別將2號(hào)、3號(hào)軸瓦中分面磨去0.10mm和0.15mm。組裝后,實(shí)際測(cè)量2號(hào)瓦的前后頂隙分別為0.39mm和0.42mm,3號(hào)瓦的前后頂隙分別為0.45mm和0.48mm。b)翻出2號(hào)、3號(hào)瓦的下瓦,發(fā)現(xiàn)3號(hào)瓦由于檢修工藝不當(dāng)(仍采用早期的檢修工藝,在轉(zhuǎn)子軸頸落入下瓦之前,將3號(hào)瓦下瓦抽去0.05mm的墊片),這樣會(huì)使下瓦收口,下瓦鎢金的接觸角變大,引起軸瓦的側(cè)隙減小,從而減小下瓦的進(jìn)油量,所以,軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)與鎢金磨擦(不是干磨擦,其間還有潤(rùn)滑油存在)產(chǎn)生的熱量不易被帶走,引起軸瓦鎢金溫度升高。c)為了避免再次出現(xiàn)鎢金溫度過(guò)高的問(wèn)題,對(duì)2號(hào)、3號(hào)瓦下瓦部分有磨擦痕跡處進(jìn)行了少量修刮,同時(shí)改變檢修工藝,3號(hào)軸瓦底部加0.05mm的墊片,在轉(zhuǎn)子軸頸落入下瓦前,不再抽下瓦的墊片。2.4.4軸瓦消振結(jié)果消振對(duì)策實(shí)施后,于2002年8月22日,再次開(kāi)機(jī)并測(cè)得各軸瓦的振動(dòng),見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn),消振措施實(shí)施后,各軸瓦的振動(dòng)合格,帶滿負(fù)荷后,各軸瓦的振動(dòng)全部在30μm以內(nèi),證明采取的消振措施是正確的、行之有