200MW机组轴系振动原因分析及处理.pdf

2 0 0 8年 8月 第 3 6卷 第 4期( 总第 1 9 7期) 吉 林 电 力 j i l i n e l e c t r i c p o we r aug 2 0 0 8 vo 1 3 6 no 4( s e r no 1 9 7 ) 2 0 0 mw 机组轴 系振 动原 因分 析及处理 an a l y s i s a n d so l ut i o n f o r sh a f t s v i br a t i on o n 2 0 0 m w u ni t 于圣波 ， 王 伟 ， 曲维民 ， 杨 维才 ， 刘旭君 ( 国电 吉林 热 电厂 ， 吉林 吉林 1 3 2 0 2 7 ) 摘要 ： 针对国电吉林热电厂 1 0号机组在启停机 过程 中过 临界转速时 1 、 2 、 3 号轴承 振动超标 ， 当机组转速达到额 定值 3 0 0 0 r mi n时 ， 3 、 4号轴 承振动偏大等 问题 ， 通过查找分析 ， 发 现连接短轴与转子几何 中心尺寸有偏移 ， 使轴 系存在残余 的不平衡激振力 ， 中压转子存在一定 量的弯曲度 ， 3 、 4号轴承稳定性 和抗 干扰 能力差 。采取相应 的措施 处理转子与连接短轴的不 同心 ， 调 整短 轴晃动度 、 瓢偏度 ， 机组 启机时现场做动平衡试验 ， 取得较好 的效果 。 关键词 ： 汽轮机振动 ； 转子 ； 弯 曲； 动平衡试验 中图分类号 ： t k2 6 8 1 文献标识码 b 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 0 8 ) 0 4 0 0 4 0 0 3 振 动是 汽轮 发 电机组 运行 中常 见 的主要 故障之 一 ，严 重 时会引 发影 响安 全 的事故 。 对 于机组 振动故 障 的处 理 ， 关键 是要对 振 动现象 进行 分析 ， 对 产生振 动的原 因作出准确的判断 。 国电吉林热电厂 l o号机 为哈尔滨汽轮机厂生产的 2 0 0 mw 单轴供热机组 。 机组 型 号 为 n2 0 0 1 2 7 5 5 3 5 5 3 5 ， 该 机 于 l 9 8 8年 投 产运 行 ， 共 有 9个 主轴 承 ， 其 中 2 号 轴承 原设 计为 斜 切三 油楔式 综 合 推力 轴 瓦 ， 后 改造 为 平 切式 综 合 推 力轴 瓦 ， 1 、 3 、 4 、 5号 轴 承 为斜切 三 油楔 式 轴瓦 ， 其 余各 为 平切 椭 圆式轴 瓦 。该机组 在启 停机 通过 临界 转 速 时 1 、 2 、 3号 轴 承 振 动超 标 ， 下 面对 振 动 原 因进 行分 析 及处理 。 1 振动情况概述 1 0号机组存在的主要问题是启停机过临界转 速 时 1 、 2 、 3号轴 承垂 直 振 动过 大 ， 1 0号 机组 升速 过 程中 l 4号轴承振动特性曲线见图 1 。1 、 2 、 3号轴 由睡陵 妨 翻 置神l - 二 要 l 冀曩 i i 疆一 1 曼 鐾 a飘l 甚媾 哩鞘魁勤。奠c i 囊嚣曩 夏-圊母 蕊j 墨醚 妄 曼 ， 殂曼 耋 曼 曼 藿 l _ _- ： 一 _删一一 _ 叩 - 垂 ； 叶 i i j 薷 ii 巾 、 ：； u t i j l ii ； ， ； ： 羹 毡 _妇 蠹 。 。：j： 一。 吨 擞 一点：嘲 鬯_苎 芝蔓毒 蓦釜 姐 pz一 ! _ 一。 一-一 霎 l ? 粤 l _ 一 - -、i a，矗 呷 呷 呷 叩 一 一 一 ； 褥 蚕 ： -i i i ； ； 、 ! ： ：； ：； t。 l ； ： ： 。 i= ； ： ； = 器 l： 。 露 i 妇 屹 斑 热 -懈； 毒 l 。 吨 嫩 蛾 一 忠 黝 i m | l t ja ， 口 7 1 棚 i 强嗣 麟 图 1 1 4号轴 承振 动特性 曲线 收 稿 日期 ： 2 0 0 8 0 3 1 7 作者简 介： 于圣波( 1 9 6 2 ) ， 男， 高级工程师 ， 从 事火电厂生产技 术管理工作 。 4 ： 0 维普资讯 2 0 0 8年 8月 第 3 6卷 第 4期( 总第 1 9 7 期) 吉 林 电 力 j i l i n el e c t r i c p o we r a u g 20 0 8 vo 1 3 6 no 4 ( s e r no 1 9 7 ) 承 振动 值 均超 过 gb 1 1 3 4 7 8 9 大 型 旋转 机 械 振 动 烈度现场测量与评定 的规定值 1 0 0 v m； 当机组稳 定 在 额定 转 速 3 0 0 0 r mi n 时 ， 1 、 2号 轴 承 的振 动 在 合格范围内， 但 3 、 4号轴承垂直振动在 4 o 5 0 v m 之 间 ， 超 过 gb 1 1 3 4 7 8 9规定 值 。 2 振动原 因分析 2 1 轴系存在残余的不平衡激振力 国产三排 汽 2 0 0 mw 机组轴系结构 明显不合 理之处在于中、 低压转子间加 了一段连接短轴 。 该短 轴 为管式结 构 ， 刚性 较 差 ， 单个 连 接 于中压 或低 压 转 子 上 ， 短 轴属 于半悬 壁形 式 ， 再 加 上 由于制 造 、 加 工 、 安装 等一 些 因素 的影 响 ， 短 轴 处所 对 应 的对 轮晃 动 度 和瓢 偏度往 往超 标 。表面 看短 轴所 对应 的对 轮 晃 动度和瓢偏度数值 在增大 ， 实际上是转子与连接短 轴不同心 ， 连接短轴与转子几何中心尺寸有偏移 ， 对 轴系的稳定性有影响。 由于这种不合理连接结构 ， 机 组 在运行 中会 由连 接短轴 的不平衡 和 晃动 度大而 产 生激 振力 。 虽然 中、 低 压转 子 出厂前 分别 在 制造 厂家 做高速动平衡试验合格， 但是由于厂家无法带连接 短轴 ， 只能是 中、 低压转子单独做高速动平衡试验， 因此就整个汽轮机轴系而言， 正式组合后带上连接 短 轴所 处 的环境 、 条 件则 不 同。 而这 种不 平衡 激振 力 在 机组 多 次 启停 及 运行 过程 中 ， 本 来 刚性 较 差 的连 接 短轴 的晃 动度 和 瓢偏 度 会 进 一 步增 大 ， 以至 于 产 生连接短轴处的晃动度 、 瓢偏度和残余 不平衡激振 力 恶性循 环 ， 随着 时 间 的推 移 ， 轴承 的振 动也 逐年 增 加 ， 并有 继续 增长趋 势 。就 整个 汽轮 机轴 系而 言 ， 在 正式组合带上连接短轴后 ， 有必要在机组启机时做 整个轴系动平衡试验 ， 以平衡轴系上存在的残余不 平衡 激振 力 。 2 2 中压 转子 存在 弯 曲度 1 0号 机 组存 在 的过 临界 转 速 时 1 、 2 、 3号 轴 承 垂直振动过大， 当机组稳定在额定 3 0 0 0 r mi n时 ， 1 、 2号轴承 的振动在合格范 围内的特点 ， 说 明问题 主要是集 中在高、 中压 汽轮机转子上 ， 因此对高、 中 压转子及轴承做重点检查 ， 在检查 中发现中压转子 存 在一 定量 的弯 曲度 。 中压转子最大晃动度在 1 7 、 1 8级叶轮之间 ， 为 2 0 0 v m ， 轴 弯 曲度为 1 0 0 v m。由于中压 转子存 在 一 定 的弯曲度 ， 加上高 、 中压转子为三支点支承连接形 式 ， 高 、 中压转子对轮为刚性连接， 因此 中压转子在 通 过 其 临界 转 速 时发 生 的 共 振 ， 很 容 易通 过 2号轴 承影响到邻近的高压转子和 1 号轴承上。在机组启 机 过 临界 转 速 时 ， 1 、 2 、 3号 轴 承 处 振 动 随 着转 数 上 升而增大， 就证实了这一情况 。 轴弯曲的振动特点与 质 量 不平 衡 时 的振 动 情况 相 同 ， 这 种 振 动 在通 过 临 界转速时振动幅值特别明显地增大 ， 因此有必要对 中压转子的弯曲度进行处理 ， 以消除不平衡激振力。 2 3 3 、 4号轴 承稳 定性 和抗 干 扰能 力差 1 0号机组 的 3 、 4号轴承在运行过程 中振动偏 大 ， 一方面是 由于中、 低压转子连接短轴存在不平衡 的激振 力 ， 另 一方 面也 与 其 本 身轴 承 座 结 构形 式 有 关。3 、 4号轴承座体分别座落于中压排 汽缸和低压 前排 汽缸 外 沿上 ， 与各 自的排汽 室 缸体 连为 一体 。 排 汽室缸体在机组启停、 运行过程 中的冷热状态、 相对 膨胀 以及真空变化也直接影 响其轴承的上下标高， 因此要重点检查机组轴瓦 的接触情况 、 轴承座 的基 础 以及支 承 刚度是 否发 生变 化 。 3 采取 的主要技术措施及 效果 3 1 更换 中 、 低压转 子 连接 短轴 及对 轮 鉴于中、 低压转子连接短轴多年来晃动度不断 增加 ， 短轴与转子几何中心尺寸有可能发生偏移， 故 将 中、 低压汽轮机转子返厂 ， 更换 中压转子上的短轴 及 对应 处 的对轮 、 大 齿轮 ， 更换 低 压转 子上 的短 轴及 其对应处的对轮 、 调整垫 。 为保证整个转子轴系的轴 向位置 在更 换后 不发 生变 化 ， 返 厂前 复测 中 、 低 压转 子 连 接短 轴 间 的轴 向尺 寸 和低 压 通 流 部 分 间 隙 ， 确 定 好低 压 转 子 的轴 向定 位点 ， 以便 正 式 组 合 时测 量 低压转子 的轴 向尺寸 。 更换后短轴及其对轮销孔 ， 重 新 铰孔 配 销 子 ， 其 中连 接 短 轴 间 的对 轮 待 转子 找 正 同 心后 ， 现 场 铰 孔 配销 子 ， 同时 中、 低 压 转 子在 制 造 厂家做高速动平衡试验 。 3 2 调整 轴 系 中心 及 检查 各轴 瓦 对 1 0号 机组 各轴 承 的钨金 、 瓦 枕下 部垫 铁及球 面接 触 情况 ， 各轴 瓦 的下 沉 、 紧 力 、 扬 度 以及 各轴 承 座刚性 支 承情况 均 进行 了检 查 。高 、 中 、 低 压转 子做 轴 弯 曲测量 ， 根 据制 造 厂家 的经验 ， 出厂 的新转 子 与 运行一段时 间后的旧转 子晃动 度有一定 的误 差变 化 ， 借鉴其他电厂旧转子返厂情况， 对弯曲值不过大 的转 子 ， 可 以用 找 平衡 方 法 减 小 不平 衡 质 量 引起 的 41 。 维普资讯 2 0 0 8年 8月 第 3 6卷 第 4期 ( 总第 1 9 7期 ) 吉 林 电 力 j i l i n e l e c t r i c p o we r aug 2 00 8 vo 1 3 6 no 4 ( s e r no 1 9 7 ) 不 平衡 力及 不平 衡力 矩 。一方 面 中压转 子单 独做 高 速动平衡试验合格 ， 以平衡或减小 因轴弯曲影响转 子 的激振 力 ； 另 一 方面 在 整个 轴 系 组 合后 启 机 做动 平 衡 。 在整个 轴 系 中心调 整的 过程 中 ， 首 先在保 障各 段 转 子 对 准 汽 缸 洼 窝 中心 的 前 提 下 对 各 轴 瓦 的下 沉 、 扬度 检查 和调 整 ， 并 将测 得 的结果 与此前 的 大修 和安装技术 记录数值相 比较 ， 尽量恢复至修前状态 或与修前状态 的数值相近 ， 同时将各轴承瓦枕下部 垫铁重新修研 ， 修后用 3 0 m塞尺检查无 间隙。检 查各轴 承 座刚性 支 承 、 高 中低压 汽缸 各抽 汽连 管 、 凝 汽器 与汽 缸的连 接情 况 、 各 轴 瓦来 回油 管 、 机组 土建 基础 、 汽缸水 平 、 滑销 系统 、 瓦 的间 隙及 紧力 、 轴 颈 的 椭圆度等， 均未发现异常情况。 3 3 控 制好 新连 接短 轴 的晃动 度及 瓢偏度 中、 低压转子在制造厂家做高速动平衡试验合 格 后返 回现场 ， 在 现 场 复查 中发 现 中压 转子 侧 短 轴 中间处最 大晃 动度 为 3 6 0 m， 短 轴 ( 未端 ) 对 轮处 最 大晃 动度 为 2 6 0 g m， 不 合格 ， 制 造厂 家来 现场 分 析 ， 认 为转 子上 的套装 联 轴 器 配合 组 装 键 加工 有 问题 ， 在施工中没有检查好连接短轴与 中、 低压转子 的同 心 度 ， 连接 短轴 与转 子几何 中心尺 寸有 偏移 ， 对轴 系 统 的稳定 性 有影 响 。 将 中、 低 压 转子 及连 接短 轴重 新 返 厂 处 理 调 整 ， 处 理 后 短 轴 晃 动 度 中压 侧 最 大 为 9 0 m， 低压 侧 最大 为 6 0 m； 短 轴 瓢 偏度 中压 侧 最 大 为 5 o m， 低 压 侧 最 大 为 2 0 m； 中 、 低 压 转 子 中 心找 正后 对轮 重新 铰孔 配销 子 。组合 后测 量连 接对 短轴 晃动 度最 大 为 1 0 0 m。 3 4 机组 启机 时现 场做 动平 衡试 验 由于 厂 家试 验 台尺 寸 限制 无