300MW汽轮发电机组突发性低频振动原因分析及处理.pdf

第 3 1 卷 第 6期 2 0 0 9年 6月 华 电技 术 hu a d i a n te c hn o l o g y vo 1 31 no 6 j u n 2 0 0 9 3 0 0 mw 汽轮发 电机组突发 性低频振 动原 因 分 析 及 处 理 re a s o n a n a l y s i s a n d h a n d l i n g o f s u d d e n l o w e q u e n c y v i b r a t i o n o f 3 0 0 mw t u r b i n e u n i t 王 继 弘 w ang j i h o n g ( 湖南华电石门电厂， 湖南 石门4 1 5 3 0 0 ) ( h u n a n h u a d i a n s h i me n p o w e r p l a n t ， s h i m e n 4 1 5 3 0 0 ， c h i n a ) 摘要 ： 湖南华电石 门电厂 1 机组调试过程 中， 带 2 7 0 mw 高负荷 时 ， 先后 2次 因为低 压转子轴 和轴承振 动 突然增大到保护值以上而跳机。通过对振动特征和运行参数进行分析， 判断振动原因是低压转子 3轴承油 膜失稳。调整 3轴承标 高、 减小 3瓦顶部 间隙并 对 3轴承下 瓦块调心 以后 ， 机 组满 负荷 运行 时低 频振动 消 除 ， 所有轴和轴承振动 都稳 定在优 良范 围内。 关键 词 ： 机组调试 ； 低频振动 ； 突发性 ； 分析 ； 处理 中图分类号 ： t k 2 6 8 1 文献标志码 ： a 文章编号 ： l 6 7 41 9 5 1 f 2 0 0 9 ) 0 60 0 2 7 0 5 abs t r a c t ： i n t h e p r o c e d ur e o f no 1 un i t d e b ug g i n g o f hu n a n hu a d i a n s h i me n po we r pl a nt ，wh e n t h e l o a d i n c r e a s e d t o 27 0 mw ，t h e t r i p pi ng ma c h i ne o c c u r r e d t wi c e d u e t o v i b r a t i o n o f l o w p r e s s u r e i mp e l l e r s h a f t a n d be a r i n g i n c r e a s e d o v e r t h e p r o t e c t i o n s e t t i n g ac c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s o f t h e v i b r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e o p e r a t i o n p a r a m e t e r s，i t i s de c i d e d t ha t t he v i br a t i o n i s c a u s e d by un s t a bl e o i l fil m o f no 3 be a r i n g o f l o w p r e s s u r e i mp e l l e r th e l e v e l o f n o 3 b e a r i n g w a s a d j u s t e d t h e t o p g a p o f n o 3 b u s h w a s r e d u c e d t h e l o w b u s h o f n o 3 b e a r i n g w a s c e n t e r a d j u s t e d t h e n t h e l o w f r e q u e n c y v i b r a t i o n w a s e l i m i n a t e d a t f u 1 1 l o a d 。 a n d a l l s h af t s a n d b e a r i n g s w e r e s t a b l e a t fin e r a ng e ke y wo r d s ： u n i t d e b u g g i n g ；l o w f r e q u e n c y v i b r a t i o n；s u d d e n ；a n a l y s i s ；h a n d l i n g 1 机组及轴 系概况 华 电湖南石 门电厂 1机组系哈尔滨汽 轮机厂 及哈尔滨电机厂生产 的 3 0 0 m w 汽轮发 电机组 。汽 轮机型号为 n 3 0 01 6 7 5 3 7 5 3 72 ， 系哈尔滨汽 轮机厂引进美国西屋公 司技术做 了2次优化设计的 亚临界 、 一次中间再热 、 单轴 、 两缸两排汽反动式汽 轮机 ； 发电机型号为 q f s n一3 0 02 ， 水氢氢冷却方 式 ， 可控硅静态励磁。 机组轴系由高 中压转子 、 低压转子和发 电机转 子组成 ， 各转子之间 由刚性对轮连接 ， 轴系结构如图 1 所示。 1 、 2轴承为 4块 可倾 瓦， 位于高中压缸前 后轴承箱 内； 3轴承下部 2块可倾瓦 、 上部是 圆筒 瓦， 4轴承为椭圆瓦， 3 、 4轴承都座落在低压排 汽 收稿 e t 期 ： 2 0 0 9 0 4 0 7 图 1 3 0 0mw 机 组轴 系结 构 缸上 ； 5 、 6轴承为椭圆瓦 ， 支撑在发电机端盖上。 在机组调试期间， 逐个分析和解决了低压转子 质量不平衡引起的 4垂直瓦振动过大 、 发电机和低 压转子出现摩擦振动以及励磁电流对轴振动测量的 干扰等问题。2 0 0 5年 9月 9日， 机组带 2 7 0 mw 高 负荷 时， 2次因低压转子轴和轴承振动突然增大到 保护值以上而跳机。通 过调整 3轴 瓦顶 部间隙和 抬高轴承标高等措施 ， 成功解决 了国内 3 0 0 mw 机 组低压转子出现的轴系突发性低频振动问题。带额 定负荷顺利完成 1 6 8 h连续运行的考核 ， 机组所有 轴振动、 轴承振动均在优 良范围内。 2 8 华 电技 术 第3 1 卷 2 振动情况 机组本身配置的 b e n t l y 3 5 0 0型振动监测系统 在 1 6瓦垂直方 向装设了 9 2 0 0型速度传感器测 量轴承垂直振动 ， 每个轴承在轴颈 附近左 、 右 4 5 。 安 装 2套电涡流传感器测量轴系各转 子的轴相对振 动 ， 前箱内小轴前端安装 的电涡流传感器与小轴上 凹槽配合测量机组转速和振动相位。上述轴承和轴 振动 信 号及 键相 位 信 号进 入 a d r e f o r wi n d o w s “ 2 0 8 p ” 振动数据采集系统进行显示 、 存储和分析。 2 1 机组首次启动时的振动 2 0 0 5年 8月 2 2日， 机组首次启动， 在达到额定 转速时 ， 低压转子 4轴承垂直振动达 5 4 m， 为此 ， 8 月 2 8 e t 在低压转子 3 、 4轴承两端分别加重 2 3 0 g 。 8月 3 0日 1 5 ： 5 3汽轮机 冲转 ， 1 7 ： 1 8转速 为 3 0 0 0 r mi n 时， 4轴承垂直振动降低到 l 4 5 m， 其他所 有轴承的轴振动都在优 良范围内。低压转子动平衡 前后机组振动的变化情况见表 1 。 2 2 轴系突发性低频振动 2 0 0 5年 9月 8日温态启动( 缸温 2 7 0 2 8 0 ) ， 1 0 ： 4 3汽轮机冲转， 1 1 ： 1 2机组转速达到 3 0 0 0 r ra i n ， 1 2 ： 0 0发电机并网， 1 4 ： 4 1 带负荷 5 7 m w 打闸测量抽 汽逆止门关闭时问， 1 5 ： 2 6再次并网带负荷。9月 9 日5 ： 1 5和 1 8 ： l 0机组带 2 7 0 mw左右高负荷时， 2次 因为低压转子轴振动( 3轴承 向振动 3 0 3x m， 4轴 承垂直振动 8 8 m) 突然增加 到超过保护设定值而 跳机 。 1 8 ： l 0第 2次跳机前， 机组运行参数正常， 发电 机功率 2 7 2 m w、 真空 一 9 3 5 k p a ， 润滑油母管压力 0 2 2 m p a 、 润滑油冷油器出口温度 3 7 6 o c， 低压轴 封供汽温度 1 9 5 o c、 氢气压力 0 2 9 8 m p a ， 3轴承金 属温度 4 9。 ( = 、 4轴承金属温度 8 8 5 ， 汽缸总胀 左 右 2 0 4 6 ra m 2 2 1 1 mm、 差胀 1 o 3 7 mm， 轴向位 移 0 5 3 mm。 轴系突发性低频振动具有下列特征 ： ( 1 ) 在短短几秒 内， 低压转子轴 和轴承振动大 幅度增加 ， 其他测点振动也都有不同程度增大。 ( 2 ) 机组振动增加后 ， 振动主要为 1 7 5 h z 的低 频分量 ； 其中， 3 轴方向振动低频分量达 2 6 1 m。 轴系振动突变前后 ， 工频分量幅值和相位变化不大。 ( 3 ) 当转速降低到 24 2 0 r m i n左右时 ， 轴系振 动低频分量突然全部消失， 振动恢复到正常值 ， 振动 又以工频分量为主。 ( 4 ) 3轴瓦乌金温度和回油温度较相邻轴承的 温度低 ， 2轴瓦乌金温度较高； 3轴承温度与同类 型机组 3轴瓦温度相比较也明显偏低。 根据上述振动特征和运行参数 ， 初步判断轴系 发生了油膜振动， 且主要问题出现在低压转子 3 轴 承上。低频振动消失前后轴振动 3轴 x t y 向瀑布图 如图 2所示 ， 低频振动时轴振动 3轴 方向频谱如 图 3所示 ， 低频振动消失前后低压转子振动波德图 如图 4所示， 轴系低频振动发生和消失前后机组振 动数据见 表 2 。 2 3 检查 和处理措 施 停机后汽缸冷却 到 2 0 0停润滑油泵， 揭开 3 轴承进行测量和检查 。 ( 1 ) 瓦顶问隙 1 6 8 m m， 远远大于制造厂给定的 标准值 ( 0 9 71 0 7 m m) ； 中分面去掉 0 2 m m， 3 轴承顶部间隙减小到 1 4 8 m m。 ( 2 ) 由于 3 轴承乌金温度偏低 ， 说明轴承负载 表 1 低压转子动平衡前后机组振动变化 m 注： 平衡前 、 后 的转速均为 3 0 0 0 r m i n 。 第 6期 王继弘： 3 0 0mw 汽轮发 电机组突发性低频振动原因分析及处理 2 9 = 一 。 一 一 、 f z 以 一 一 一 ： - ： i r 一 。 一_ 图 2低频振动 消失前后 轴 振动 3轴 方 向瀑布 图 较轻 ， 3轴承标高上抬 0 1 5 n l n 3 。 ( 3 ) 检查 3轴承下瓦块 ， 方向瓦块接触情况较 好 ， y方 向瓦块接触较差 ， 受力部位偏 上 ， 瓦块有碰 磨痕迹。进一步检查发现 ， y方向瓦块被端部 的挡 油环压紧， 不能 自由调整 ， 打磨 瓦块前后端部 ， 留出 一 定的间隙 ， 保证瓦块能够 自由活动。 ( 4 ) 轴瓦球面紧力 一 0 2 0 n l m， 在制造厂要求值 以内( 要求间隙 0 2 0 3 11 1_ 11 ) 。 f e e-7轴振3 z 4 s 。 l e ft 3 0 3 3 8 1 7 0 o 9 se p 2 0 0 5 0 8 ： 1 7 0 91 t o o 9 s e p 2 o 0 5 8 ： 2 9 ： 3 9 0s t a r t u p 2 4 2 7 r 0 m ： - 、 ： - ： ： i _ _ 。! 童 n 、 _ _ t 、 图 3 低频振动时轴振动 3轴 方向频谱 ( 5 ) 由于油箱没有放油 ， 润滑油压力没有进行 调低 ， 但运行 中可以调高润滑油温度 ， 以抑制轴系低 频振动的出现。 9月 2 1日开机 ， 保持润滑油温度到 4 2以上 ， 2 2日满负荷进入 1 6 8 h试运行后机组振动正 常， 所 有轴承和轴振动都在优 良范围内。 2 4处理 后机 组振 动 2 2日3 ： 1 6冲转 ， 3 ： 3 3定速 3 0 0 0 r rai n ， 3 ： 3 7并 网带 负荷 ， 7 ： 4 5负荷 2 1 5 mw， 1 0 ： 4 6负荷 达 3 0 1 m w。2 2 1 3 1 6 ： 0 0进入 1 6 8 h试运行 ， 2 9 13 1 6： o 0时 1 6 8 h满负荷试运结束。机组所有轴承和轴振动都 在优 良范围内， 运行一段时间以后 ， 2轴 方 向和 4 轴垂直方向最大的轴振动进一步减小 ( 见表 3 ) 。 f e 压转子瓦振4 v 0 5 0 4 1 2 8 z 1 6 9 。 0 9 s e p 2 0 0 5 0 8 ： 1 7 ： 0 9 1 t o 0 9 s e p 2 0 0 5 1 8 ： 2 9 ： 3 9 0 a r t u p 2 4 2 7 r p m ! i ： 0 _ _*， ： ： ： ： ：f： 磐 i： ： ll i： ：州 ，、 0 0 5 00 1 o0 0 t5 00 20 00 2 50 0 300 0 0 50 0 1 000 15 00 20 00 25 00 3 00 0 r p r a r pm 图 4 低 频振动消失前后低压转子振动波德 图 表 2 轴系低频振动发生和消 失前后机组振动数据 m 3 o 华 电技 术 第 3 1 卷 表 3 额定转速 、 带负荷及 1 6 8 h试运行期间机组振 动 x m l o月 1 4日 2 7 5mw 通频 4 6 4 7 4 2 5 9 3 3 5 5 4 9 4 1 9 瓦温 7 1 7 9 6 4 6 8 5 5 5 0 8 1 8 6 6 2 6 7 6 3 6 2 3 振动分析 3 1 轴在 3轴瓦中工作位置上浮较高 9月 9 e t 5 ： 1 5第 1次跳机后 ， 8 ： 5 8极热态再次 启动。冲转过程和带负荷过程直到跳机前低压转子 轴振动间隙电压变化曲线如图 5 、 图 6所示 ， 具体数 据见表 4 ， 根据间隙电压变化可以计算出轴在轴承 低压转子轴振3 s l e ft 0 a 07： 57 2 99 t 000 sep m n 闩16 2 8 2 07 ： 57 2 9 n 10 4、 枷s 中的上抬 量。冲转 前转子 在轴承 底部 ， 3轴 方 向、 4轴 方向轴振动间隙电压为 一1 0 4 v、 一 1 0 8 v， 转速为 3 0 0 0 r ra i n时 ， 3 、 4轴颈在轴承中上抬量为 0 3 7 6m m， 0 4 6 9m m， 到 1 8 ： l 0带 2 7 0m w 负荷跳机 前 ， 3 、 4轴颈在轴承中上抬量为 0 5 1 6 mm， 0 4 1 3 mm， 而 2轴颈在轴承 中上抬量仅为 0 2 5 7 m m。以 上数据说明 3 轴颈在轴瓦中的位置上浮过高 ， 轴颈 图 5 升速过程低压转子 方向轴振动 间隙 电压变化 曲线 低压转子轴振3 x 5 l e ft g a p 低压转子轴撮4 5 l e ft g a p 0 8 ： 1 7 ： 0 9 1 t o 0 9 s e p 2 o 0 51 8 。 0 9 ： 3 7 1 0 8 4 9 ： 0 9 0 8 7 3 vo il e 0 8 ： 1 7 0 9 1 t o 0 9 s e p 2 0 0 51 8 ： 0 9 ： 3 7 1 0 8 ： 4 9 ： 0 9 0 8 3mo l l s 图 6 带负荷过程低压转子 方 向轴振动间隙电压变化 曲线 第 6期 王继弘： 3 0 0 mw 汽轮发 电机组突发性低频振动原因分析及处理 3 1 表 4 冲转升 速和 带负荷过程低 压转子轴位置变化 偏心率较小 ， 故轴系稳定性 比较差。 3 2 3轴承可倾瓦相当于固定瓦 揭瓦检查发现 ， 3轴承下瓦 y方 向瓦块被两侧 挡油环压紧 ， 不能够 自由活动 ， 3轴承有一块下瓦 没有发挥可倾瓦的作用而相当于 固定瓦。带高负荷 时由于高 中压汽 缸 的加 热作用 ， 2轴 承座膨 胀升 高， 3轴承负载进一 步减小 ， 轴颈 在轴 承中的位置 继续升高 ， 轴与轴瓦上部间隙又较大， 就会产生一个 较大的切向油膜力 ， 这个油膜力导致轴 系振动迅速 失稳。 3轴承处理以后 ， 开机和带负荷过程中， 3轴 颈上抬量为 0 3 h i m， 比故障前 的 0 5 1 6 mm降低 了 0 2 2 m lt l ， 提高 了轴系稳定性。 3 3 突发 性振 动频 率分 析 汽轮机 低压 转子 一 阶临界转 速设 计值 1 6 3 5 r m i n ， 由于 3 、 4轴承座落在低压排汽缸上 ， 支撑刚 低压转子瓦振3 v z o 。1 3 6 6 p md ir e c t 4 5 7 1 x u n c o m p 2 6 7 2 9 2 0 7 ： 5 7 ： 2 9 9 t o o g s e p 2 o o 5 0 8 ： 1 6 ： 2 8 2 s t a r t u p k l 、 l 寺 ： ： ： l ： i ： ： ： ： ； ： ： ： f 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 r m i n 度较差 ， 低压转子高速动平衡加重灵敏度较高也从 另一个侧面反映支撑刚性不足 。从开机过程中低压 转子轴承振动升速特性曲线看( 如图 7所示) ， 低压 转子第 1临 界转 速 实 际 测量 值 仅 1 2 0 01 3 0 0 r rai n ， 第 2临界转速实际值为 2 4 8 0 r mi n左右。突 发性振动故障跳机后 ， 停机降速过程中， 从降速特性 曲线看 ， 低压转子第 l临界转速仅 1 2 0 0