300 MW汽轮机低压转子异常振动分析及处理.pdf

第 2 2卷 第 1 2 期 2 0 0 9年 1 2 月 广东电 力 guangl x) ng electri c pow er vol _ 22 no1 1 dec 20 0 9 文章编号 ： 1 0 0 7 2 9 0 x( 2 ( ) ( ) 9 ) 1 2 - 0 0 6 5 0 3 3 0 0 mw 汽轮机低压 转子异常振动分析及处理 刘永辉 ( 武汉大学 动力与机械学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要：对机组在大修后开机发生低压转子轴承超温和振动异常的故障原因进行了详细的分析和判断，并通过现 场试 验，对所 出现 的低压转子与发 电机转子对轮 中心 刚度 不足 、机 组轴 系标 高调 整不 当、轴 承 支承与接 触面不 足且润滑状况较差 、轴 瓦侧 隙偏 小且 不均 匀等 问题进 行及 时处理 ，故 障得 以妥 善解 决，机组顺 利并 网运行 。同 时指 出通过跨 内动平衡加重 来降低低压 转子外伸端高转速下产生 的扰动 力，其 效果不明显。 关键词 ：3 0 0 mw 机组 ；低压转子 ；轴承超 温 ； 振动 ：中心调 整 中图分类号 ：t k 2 6 8 1 文献标志码 ：b ana l y s i s a nd tr e a t me n t f o r vi br a t i o n fa u l t o f lo w p r e s s u r e ro t o r f 0 r 3 0 0 m w s t e a m tur bi n e li u yo n g h u i ( s c h o o l o f p o we r a n d m e c h a n i c a l en g i n e e r i n g ，w u h a n un i v ，w u h a n，hu b e i 4 3 0 0 7 2，ch i n a ) ab s t r a c t ： th e b e a r i n g o v e r t e mp e r a t u r e a n d v i b r a t i o n f a u l t o f lp r o t o r d u r i n g t h e s t a r t o f a n o v e r h a u l e d u n i t wa s a n a l y z e d i n d e t a i l b a s e d o n f i e l d t e s t i n g ，s u c h p r o b l e ms a s i n a d e q u a t e r i g i d i t y o f t h e c o u p l i n g c e n t e r be t we e n lp r o t o r a n d g e n e r a t o r r o t o r ， i mp r o p e r a d j u s t me n t o f t h e u n i t s s h a f t i n g e l e v a t i o n ， i n s u f f i c i e n t a n d p o o r l y l u b r i c a t e d b e a r i n g s u p p o r t a n d c o n t a c t ， s m a l l a n d u n e v e n s i d e c l e a r a n c e o f b e a r i n g b u s h we r e d i s p o s e d t i me l y t o e n a b l e p r o p e r s o l u t i o n o f t h e p r o b l e m a n d s mo o t h g r i d c o n n e c t e d o p e r a t i o n o f t h e u ni t i t i s a l s o i n d i c a t e d t h a t d y n a mi c b a l a n c i n g we i g h t i n g i n r o t o r s p a n i s n o t e f f i c i e n t i n r e d u c i n g t h e p e r t u r b e d f o r c e o f t h e lp r o t o r s p r o t r u d i n g e n d a t h i g h r o t a r y s p e e d ke y w o r d s ：3 0 ( ) mw u n i t ； l p r o t o r ；bea r i n g o v e r t e mp e r a t u r e ； v i b r a t i o n ；c e n t e r a d j u s t i n g 某 电厂 2号机 组 为哈 尔滨 汽 轮机 厂 生产 的 n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 5 3 7引进型汽轮发电机组 ，其轴系 如图 1 所示。高中压转子 1号、2号轴承为落地式 轴承 ，低压转子 3号、4号轴承设置 在排汽缸上 发电机 5号、6 号轴承为端盖式轴承。 高、中压转予 低压转 j 发电机转子 蛾 图 1 汽 轮发电机组轴 系结构 一 次大修后，当机组开机升至额定转速 3( x x ) r rai n 时， 4号轴 承垂直振 动值 达 1 2 0 m，轴 承温度 达 1 0 3 4 o c，4号瓦的油膜压力消失，机组紧急停机检 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 0 3 ( 修 。对轴瓦进行翻瓦检查并重新开机 ， 4号轴承垂直 振动值仍高达 7 5 m。经现场高速动平衡调整无效 后 ，机组再次停机 ，解开低压转子与发电机转子对 轮后，重新进行 中心调整 ，并对 4号轴 瓦接触情况 进行复查 和修 刮，机组开机后 顺利升 至额 定转速 3 0 0 0 r mi n ， 4号轴承振动值降至合格范围以内。 1 大修后机组 开机振动情况分析 1 1 大修后首次开机机组振动情况 机组大修后首次冲转 ，转速至 2 0 4 0 r mi n时 进行 中速暖机，3 h后 升速 ，升速过 程中，4号轴 承温度持续上 升，4号轴 承 方 向轴的相对振动 值在 2 5 0 0 r mi n以后亦增加较快 ，机组转速升至 3 0 0 0 r mi n后 ， 4号轴承金属温度高达 1 0 3 4 c ， 4号轴承 方向轴的相对振动值升至 9 6 x m，现场 广 东 电 力 第 2 2卷 测量 4号轴承垂 卣振动值达 1 2 0 l l m，并检查发现 4 号轴承油膜 力消失 ，机组紧急停机 。 分析认为机组 4号轴承大修前振动 轴承温 度等各类情况 良好 大修后在高转速下出现轴承温 度和振动迅速增大 、油膜压力消失的现象 ，表征轴 承润滑 油量 f 足 、轴 承 芰承状况 恶化 。决定 埘 4号 轴承进干 亍 翻瓦检查对 4号轴承润滑油和顶轴油管 路 进行检 查 。 1 2 4号 轴 承 翻 瓦 检 查 后 机 组 再 次 开 机 的 振 动 试 验 对 4号轴 承进行 翻瓦检 查 ，发现 4号轴 承承载 区存存 定的雄擦迹象。轴瓦毛刺较多 ，4号轴承 侧隙偏小。对轴瓦侧隙及接触情 况进行修刮改善 。 并对润滑油和顶轴油管路进行检查 排除管路泄漏 的可 能 性 后，重 新 丌 机。 当 机 组 转 速 升 至 2 5 0 0 2 6 0 0 r mi n h 低压转子两轴承 现明 峰值 ， 4号轴承垂 l 振动值达 4 2 3z m。转速升至 2 ( ) r rai n后 ， 4号轴承振动值开始迅速爬升 ，当 机组转速升至 3( ) ( ) ( ) r mi n时，4号轴承振 动值达 6 7 5 m，额定转速下停留时 ，轴承振动值最大升 至 7 5 l z m。4号轴 承振 动变化 如 同 2所示 。 2 现场高速动平衡试验及分析 2 1 现场高速动平衡试验 由于机组大修讨 划 已到考核期 ，试图通过动平 衡试验的方式将振动降至可以接受的范围内，以满 足机组开 并网申报人修竣t的要求 。考虑到机组 转速至 2 5 0 0 2( ) r rai n时，低压转子两轴承振 动峰值明显 且主要为 _ 频反相振动分量 ，决定在 低 转 子上 施加平 衡质量 来 降低低 乐转子 的： 二 阶残 余不平衡量 ，减小低压转子作用于 4号轴承的扰动 力，以达到降f ff 4 弓 轴承垂直振动值的 目的。为此 ， 一 3 60 、 1 8 0 丰3 6 0 委 0 塞 5 0 0 1 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 _、 、 = 量 j 3 6 0 、 一 、。 一 l 80 。 二二 80厂 ：i 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 ( b ) 4 号轴承 兑振升速特性曲线 图 2 翻瓦检查后开机 4号轴承振 动升速特性 曲线 于键相顺时针旋转 9 ( ) 。 低压转子 ，并在 4号轴承侧 平衡 孔 处 试 加 重 质 量 2 7 8 8 g 。 当 转 速 升 至 2 5 4 2 r mi n h ，4号 轴 承 垂 直 振 动 值 已 达 7 5 5 m，因振 动值人 ，打 闸停机。经计算，于原加重 处顺时针旋转 1 2 0 。 加重质量 1 7 6 g 机组转速升至 3 o ( ) ( ) r mi n ，4号轴承振动值略有下降。综合考虑 3号轴承振动值及转速 2 6 【 】 ( ) r mi n时轴承振动变 化 ，将原加重质量 1 7 6 g顺时针旋转相移 3 5 。 ，3号 轴承侧与 4号轴承侧相差 1 8 0 。 处冉加重质量 1 7 6 g ， 重新开机，转速 2 6 ( r rai n时，4号轴承振动峰 值 已降至 2 2 5 m，但转速达 3 0 0 0 r mi n时， 4号 轴承振动与原始振动变化较小 ，振幅和相位基本未 随低压转子的加重而发生变化 ，由此说明低压转子 加重对转速 2 6 0 0 r mi n的共振 区振动有 明显影 响 。而对 转速 3 0 0 0 r mi n时 的 4号轴 承振 动 基本 无效 。动平衡过程的有关数据见表 1 。 表 1 低压转子高速动平衡数据 3 轷1 承 3( 】( )( ) 4号轴承 3 1 u 1 5 4 3 2 9 1 5 9 第 1 2期 刘永辉 ：3 0 0 mw 汽 轮机 低压转子异常振动分析及处 理 2 2 4号轴承振动故障分析 a )分析现场 动平衡试验数 据，认为引发 4号 轴承振动值超标 的主要 干扰力来于低 压转 子外伸 端。由于机组大修 中低压转 子跨 内未进行 部件更 换 ，转子不可能产生新的不平衡质量 ，从高速动平 衡试验进一步佐证转子跨 内加重对 4号轴承振动不 敏感 。从低压转子与发电机转子对轮中心调整情况 看 ，中心不上 e 产生扰动力的可能性较大 ，由于转子 质量较重 ，当对轮两侧轴承标高偏差较大 、且对轮 连接刚度不足时，低发对轮中心在高速下发生变化而 产生较大的扰动力，导致 4号轴承振动值迅速增加。 b )4号轴承 的支 承状 况劣 化，抗 振能 力差 。 由于 4号轴承设置在排汽缸上 ，支撑结构带有悬臂 结构，支撑台板刚度较差。当轴瓦出现瓦枕接触不 良、轴承润滑状况不佳 、轴瓦间隙不 当、轴承油膜 厚度不均匀时，将进一步降低轴瓦的支承刚度 ，降 低 轴 承 的 抗 振 能 力 。从 首 次 开 机 至 转 速 升 至 3 0 0 0 r mi n h ,，出现 4号轴承振 动值达 1 2 0 m、 瓦温达 1 0 3 4 、油膜压力消失 的现象 ，说明这次 大修 4号轴承的润滑状况发生较大的改变，轴承润 滑不足 、支承状况不佳 ，直接影响到轴承振动和轴 承温度的急剧增加 。 c )低压转子与发电机转子对轮中心偏差导致 4 号轴承负载过重。由于厂家设计 4号轴承负载相对 较重，找中心时短轴连在发电机侧 ，汽轮机圆周偏 差 比发电机高，以补偿运行状态下 4号轴承及相邻 轴承标高的变化。根据 同型机组经验 ，汽轮机 网周 偏差取值要 比发电机高 0 4 2 0 4 5 mm，而此 次 大修中，为保证低压转子与发电机转子对轮汽轮机 侧 比发电机侧高 0 5 8 4 mm、下张 口 0 2 2 9 mm 的 制造厂家标准 ，盲 目地对大修前 0 4 5 mm 的实际 高度差进行调整 ，抽取 了大量发 电机两轴 承垫 片， 使低压转子和发 电机转子轴 承负 载发生较大 的变 化 ，从而导致 4号轴承负载过重的问题 。 3 机组检修调整后开机振动试验 分析研究后 ，决 定对机组轴系标高进行恢 复， 对低压转子与发电机转子对轮 中心 、螺栓紧力进行 调整，复核轴瓦的定位与接触情况 。 重新翻瓦检查 ，发现转轴与轴承接触 面不 足， 轴瓦侧隙偏小且不均匀，对轴瓦进行重新修刮；解 开低压转子与发电机转子对轮后 ，对存在缺陷的对 轮螺栓进 行了更换 ，清理对轮 垫片 ，加大螺 栓紧 力 ，伸长量 增加 1 0 ；恢 复发电机轴承垫片 ，调 整低 压转子与发电机转子对轮 中心，汽轮机与发 电 机圆周偏差调整至 0 4 5 mm、下张 口0 1 8 5 mm。 机组检修调整后再次冲转 ，机组振动升速特性 曲线如图 3所示 。 3 6 0 一 r 一 一 、 l 一 、 ” 、 、 一 ne l l l l l _ 一 一 ， 广 咕 l 南 。 转速 ( r min ) ( a ) 4号 轴承坊 向轴振升速特性 曲线 3 6 0 i- 一 、 一 一 1 8 0 l l l l ： 二二 刍 2 攀0l ， 、v n 一 ! 士 生 i： ： l 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 转 速 ( r mi n ) ( b ) 4 号轴承瓦振升速特 州曲线 图 3 机 组检修调整后振动升速特性 曲线 机组升速至 2 5 2 0 r mi n时 ，低 压转子两轴承 振动仍有 明显峰值 ，3号轴 承垂直振动值 为 1 8 9 m，4号轴承垂 直振动值 为 2 9 4 z m。转速 升至 2 8 0 ( i) r mi n 后 ，4号轴承振动仍有明显 的爬升。当 转速为 3 0 0 0 r rai n时，4号轴 承振 动与金属温度 正常。各轴承振动数据见表 2 。 表 2 机组转速为 3 0 0 0 r min时各轴承的振动数据 机组正式并网带至额定负荷后的振动数据见表 3 ，除 1 号轴承 、y方向相对振动值和 4号轴承振 动值稍大外 ，其余各轴承和轴振动均达到优 良标准。 ( 下转第 7 7页) 一。 一 毒 一 g 耋 一。 一 兰 g 善 第 1 2期 彭向 阳等 ：输 电线路属地管理 之利 弊及调研分析 电力设施保护费用约 2 0 0 0万元 。 5 3 6 线路t程零缺陷移交管理 山东电网公 司高度重视线路 t程投产质量 ，宁 可推迟送电( 包括重点 lt程 ) 也要确保零缺陷移交 ， 这与广东电网 目前 由于t程压力强调按期投产，按 时送 电，导致部分线路带缺陷移交 形成鲜 明对 比。 尽管有客观原因，如 2 0 0 9年 山东电网基建投资只 有 1 ( ) ( ) 多亿元人民币，而广东电网基建及技改投资 达 4 5 0亿元人民币。 山东电网严把t程设计 、施t和验收关 ，做到 适当提高设计 、建设标准 ，适当留有裕度。对投产 线路严格按照“ 0 、1 、3 、5 、3 ( ) 理念” 进行 质量控 制和运行管理 ，即确保零缺陷移交 、1年 不小修 、 3年不大修 、5年不扩建 、寿命 3 ( ) 年，体现从源头 把关的电网建设和运行管理理念。 线路 程零缺陷移交对投运后线路通道清障和 青苗赔补偿的好处是 。基建阶段通道清理和青苗赔 偿做得彻 底，落到 实处，运行后 维护压力 明显 减 少 。各单位一般与地方、村民签订一次性通道维护 ( 上 接 第 6 7页) 表 3机组额定负荷时的振动数据 4 6 4 4 2 4 7 4 9 4结 论 a )造成此次大修后开机 4号轴承故障的主要 原因是 4号轴承的支承和润滑状况较差 ，且轴颈 由 于中心调整欠佳 、低压转子 与发电机转子对轮连接 刚度不足。在高转速下产生较大的扰动力 ，从而导 致轴承振动和轴瓦温度在接近 额定转速 时急剧增 和青苗赔偿协议 ，明确相互责任 。线路运行后由村 民自觉维护通道安全 ，保障林木和建筑安全距离 ， 巡视维护砍伐树木不再重复青苗赔偿。 6 结束语 江苏电网公司、山东电网公司和国家电网公司 下属的其