600MW机组11号瓦振动故障诊断和消除.pdf

第 2 1 卷 第 5 期 2 0 0 8年 5月 广 东 电 力 guancdong el ectri c pow er vol _ 21 no5 m a v 2 008 文章编号 ： 1 0 0 7 2 9 0 x( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 7 0 0 5 6 0 0 mw 机组 1 1 号瓦振动故障诊断 和消 除 张俊杰 ，韩阳 ， 王顶辉。 ，阚伟民 ，冯永新 ，田丰 ( 1 北京国华电力技术研究中心有限公司，北京 0 6 5 2 0 1 ；2 浙江国华宁海发电公司，浙江 宁海 3 1 5 6 0 0 ；3 ，北京国华电力 有 限责任 公司，i ( ) ( ) ( ) 2 5北京 ；4 广 东省 电力试验研 究所 ，厂 州 5 1 0 6 0 ) ) 摘要 ：由于 6 0 0 mw 机组的发 电机和 集电环转 子采 用三轴 瓦支撑 方式 ，所以其末 端轴 瓦容 易发 生振动 问题 。通 过深入分析振动特征，找到了造成振动 1 1 号轴瓦振动大的主要原因，并由此制定 了消振措施。彻底消除 1 1号 轴瓦振动大的问题，证实了振动故障诊断的准确性，消振措施的有效性。 关键词：6 0 0 mw 机组；集电环转子；轴瓦；振动；故障诊断 中图分类号 ：t k 2 6 8 i 文献标志：码： b vi br a t i o n fa ul t di a g n o s i s a n d el i mi na t i o n o f be a r i ng bu s h n0 1 1 o i l a 6 0 0 m w uni t z h ang j u n j i e ， h an ya n ， wa ng di n g h u i ， kan we i mi n ，f e ng y o n g x i n ， ti a n f e n g 4 ( 1 b e i j i n g gu o h u a p o w e r t e c h n o l o g y r e s e a l c h c e n t e r c c l _ l t d b e i j i n g 0 6 5 2 ( ) 1 c h i n a ； 2 z h e j i a n g ou o h u a ni n g h a i p o we r c o ， ，l t d ，n i n g h a i ，z h e j i a n g 3 1 5 6 ) 0 ，ch j ln a ；3 b e i j i n g g u o h u a p o we r c o ，l t d ，b e i j i n g 1 0 0 0 2 5 -c h i n a ；4 ， gu a n g d o n g p o we r te s t & re s e a r c h i n s t 。ou a n g z h o u 5 1 0 6 c 0 ，ch i n a ) ab s t r a c t ：owi n g t o t h e t h r e e b e a r i n g s u p p o r t mo d e f o r t e e g e n e r a t o r a n d c o l l e c t o r r i n g r o t o r s o f a 6 0 0 m w u n i t ， t h e t e r mi n a l b e a r i n g b u s h i s l i a b l e t o v i b r a t i o n up o n p r o f o u n d 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 ，t h e ma i n r e a s o n s f o r t h e e x c e s s v i b r a t i o n o f b e a r i n g b u s h no i 1 we r e f o u n d wi t h c o u n t e r me a s u r e s f o r mu l a t e d th e p r o b l e m wa s s o l v e d s u c c e s s f u l l y， p r o v i n g t h e a c c u r a c y o f t h e v i b r a t i o n f a u l t d i a g n o s i s a n d t h e e f f i c a c y o f t h e c o u n t e r me a s u r e s ke y wo r d s ：6 0 0 m w u n i t ；c o l l e c t o r r i n g r o t o r ；b e a r i n g b u s h；v i b r a t i o n；f a u l t d i a g n o s i s 某 电厂 2号机组由亚临界中问再热四缸 四排汽 凝汽式汽轮机与发电机组成 ，容量为 6 0 0 mw。其 中 ，汽轮机采用高 、中压缸分缸结构 ，中压i缸与低 压缸一样为对称双流布置 ，高、中、低压转 子均为 双轴承支承 ，而发电机转子与集电环转子则采用三 轴承支撑结 构。除了 6号 、7号、8号三个轴承为 圆筒瓦，其余轴承均采用可倾瓦 。机组轴系结构见 图 1所示 。 hp i p lp1 lp 2 二 ( 二 二 i 二 荷 1 6 8 h试运行 以及甩负荷等各种试验的同时，还 进行了两次轴系动平衡试 验。在此期 问，1 1号 轴 承处的轴振反复爬升，在满负荷运行状态下最高达 到了 2 4 ( ) m。 针对这个振动问题 ，进行 了密封油温 、氢温 、 发电机无功等参数的调整试验 ，调整发、集靠背轮 下张 口( 将 1 1 号轴承抬高 0 5 ml t l ， ) ，加大靠背轮 连接螺栓预紧力矩至允许值上限等工作。工作完成 后启动 ，1 1号轴承处 方 向振动下 降较为 明显 ， 但 y方向振动未见明显下降，同时 9号 、1 0号轴 承处振动均较之前明显增加。 图1机 组 轴 系 示 意 图 1 振动特征描述和分析 该机组在调试期问 ，完成 了冲转、并网和满负 收稿 日期 ：2 0 0 7 1 1 2 1 1 1 升速 过程 的振 动 某次启动升速过程的振动见表 1 所示。 维普资讯 第 5期 张俊杰等：6 ( ) ( ) mw 机组 号瓦振动故障诊断和消除 表 1 机组升速时 。各瓦的 y向相对轴振 n 表示运行时刻 。 从表 1中可以看出 ，3 0 0 0 r rai n定速后 ， 9 号、 1 ( 】 号 、1 1号 瓦 的轴 振值 依次 为 4 4 m，7 3 m， 6 ( ) m( 峰 一峰值 ) ，远小于机组满负荷运行 的振动 值 ( 9号、1 0号、1 1号 瓦 的轴振 依次 为 1 ( i】 4 m， 1 4 7 m， 2 2 l m，峰 一峰值) 。与密封油温调高前 的数据进行 比较 ，说 明这三个轴 瓦处 ，特别是 1 1 号轴瓦处的轴振热变量很大。热变量的产生原因一 般有转子热弯 曲、碰磨等多种 。 1 2 并网带负荷过程的振动 从现场情况看 ，1 1号 瓦振 动表现 出明显与工 况变化相关 的特性 。 1 2 1 初期的变化特征 加励磁并 网后 ，9号 、1 ( ) 号、1 1号 瓦各方 向 轴振振幅均开始爬升 ，且随励磁 电流的增加而增 大 ，增加速率以 1 1号瓦最快 ， 号瓦次之 ， 9号瓦 最慢 ，但其 1 倍频相位 的变化却 以 9号瓦为最大 ， 达 9 ( ) 。 ，而其它两个相位无明显变化 。 1 2 2 随励磁电流的增加 ( 降低) 而增大 ( 减小 ) 9号、1 ( ) 号、1 1 号瓦各方向轴振振幅均随励磁 电流的增加 f 降低) 而增大f 减小) 。在提 高密封油温 前 ，1 1 号瓦轴振振幅在带高负荷时最高曾达 2 7 ( ) p - m。 在调高密封油温之前多个负荷下，各瓦轴振数据见 表 2 。 表 2 2号机组 带几 种负荷时各瓦的相对轴振p - m 注 ：2 0 0 5年 1 2月 2 0日 6时 4 7分 3秒 处 理集 电环 转子后 开机并带 负荷 6 0 1 mw 时 ，测 得 方 向的轴 振分别 为 2 7 m，2 9 2 9 m 6 4 m，1 2 6 f m 4 9 m ， 2 7 m 3 9 m ， 2 7 m7 0 n 1 ，9 5 m，1 4 1 m；y方 向的 j 振分别为 3 0 p -m3 8 m， 6 5 l z m，1 0 5 m ， 4 9 m，1 8 h - m6 0 tz m，4 6 m ，1 0 4 m，1 4 7 m 221 m 。 维普资讯 第 2 1 卷 由于轴振存在着明显随励磁电流升高而增大 特征 ，所 以不能排除发电机转子发生热弯 曲( 非碰 磨引起) 的可能。发 电机转子发生热弯曲的主要原 因有 ： a )由转子材质引起 的问题 比较罕见 ，一般在 新 机上 发生 。 b )由转子装配质量引起 的问题在新机上 比较 多见。其机理是 ：当励磁电流通过发电机转子两极 线圈时会产生热量 ，压在 “ 封 口压片”下的线圈被 加热而膨胀 ；若转子两侧的 “ 封 口压片”的装配存 在问题 ，如过紧或过松或两边松紧差别较大 ，就会 造成转子 弯曲。在制造厂高 速动平衡 台上对加热 ( 接近转子实际工作温度) 后的发电机转子进行振动 检查是避免上述缺陷的最有效措施 。 c )由转子通 风不畅或堵塞引起 般应在制 造厂按标准进行转子通风试验。 c j )由转子线圈绝缘破损引起 的电气 问题 在 老机上较多见 。 以上 4种情况 中 a 中的情形非 常罕见 ，c ) 和 c j ) 中的情形一般发生在老 机或发生过较大事故 的 发电机上 ，因而可基本排除 ，最有可能发生的是 b ) 中盼清形 ，这在新机上 比较常见。因此 ，我们检查 了 2 号发电机的监造报告，发现该发 电机转子在动 平衡台t加热后 ，振动变化还是 比较大的，整个过 程 ，有一个轴振测点 的 1倍频振 幅最小 为 3 2 m、 最大为 6 4 m 相差一倍 ，且超出合同要求 的 6 ( ) m，比制造厂 内部控制指标 5 ( i m 要多 1 4 f r n 。 转子的另一端振动也有超厂标的。 1 2 3 提高密封油温度试验 由经验判断 ，发电机转子与密封瓦之问应存在 着碰磨现象 。为此 ，进行了提高发电机密封油温的 试验。油温 提升后 ，9号、l 0号、1 1 号 瓦轴振 e 月 显下降 。其中，当油温提高到接近 时 ，1 1 号 瓦轴振最低 降到 1 5 ( ) m 以内，但 振动值 有波动 ( 参见表 3 ) 。 提高密封油温可降低振动 ，这一点也从另一面 证实了存在着发电机氢密封 瓦碰磨的问题 氢密封 瓦由两个半圆的氢侧密封瓦和同样由两个半圆组成 的空侧密封瓦和瓦座组成 ，在径 向由外向内流过氢 侧密封油和空侧密封油 ，另外还有一股 “ 浮动油” 作用在空侧密封 瓦的侧 面，将该 瓦推 向氢侧密封 油 。若 “ 浮动油”的作用力过大，空侧密封瓦与氢 表 3 2号机组各瓦轴振的 实测数据 ( 提升密封油温度后 ) 1 7 4 2 4 i 7 9 0 2 0 2 2 5 2 5 4 6 2 8 2 9 2 5 n 3 4 1 9 6 3 4 4 9 6 7 3 7 2 7 9 6 7 3 9 ) 4 7 6 6 6 g 9 2 8 9 9 8 7 4 1 9 8 5 4 9 8 3 9 3 2 2 01 2 6 8l 3 4 2 9 i 3 5 2 7 8 2 8 1 4 9 1 i ) 7 24 2 1 2 6 8 7 9 4 2 6 2 0 7 9 2 4 5 2 5 l 9 6 4 6 4 5 9 9 4 91 8 1 1 7 1 0 5 8 7 6 7 5 5 2 0 9 1 1 4 9 1 i 6 1 i 5 3 1 3 9 1 3 ( ) 3 5 3 1 7 4 】 61 21 0 注 ：机 纽 此 时 的运 t 亍工 况 ：带 负 筒 f )【 )( )8 mw ：转 速 3 0 0 1 r ,“ il l j n ；密封油温。空删 5 8氢侧 5 7。 侧密封瓦之间，氢侧密封瓦与瓦座之间的摩擦力就 会过大 ，必将影响密封瓦沿径 向活动的灵敏度 。提 高油温 ，使密封油的粘度降低 。 a )降低油粘度 ，将使 “ 浮动油”的流量增大， 作用在空侧密封瓦侧面的推力降低 ； b )较低粘度的油将 改善氢侧密封瓦与外壳之 间的润滑状况 ； c )降低油粘 度可增大氢侧密封油和空侧密封 油的流量 较大的流量应能增强对转子摩擦面的冷 却作用。 以上三点均可提高密封瓦的活动灵敏度，最终 减轻摩擦 。当然 ，提高油温还使密封瓦内径增大一 些( 据制造厂计算，可增大 4 (卜 5 0 l-m) ，这对减轻 密封瓦摩擦也会有一定益处 。 1 3 满负荷下轴承振动测试 用 b e n t i y 一 2 ( ) 8 dai u 对 发 电机 各 轴承 进行 测 量 结果见表 4所示。 从表 4中可见 ， 9号、 号轴承的振动及其绝对 轴振均较大，且轴振和 瓦振 的比例也较合理，而 1 1 号轴承附近的相对轴振较大 ，达 1 8 5 ，但瓦振很 小，垂直方向还不到 1 0 m。显然，较大的轴振动根 本就没有传到轴承上来 ，轴瓦对轴的约束力较小，这 很可能是轴瓦的问隙，特别是顶隙偏大造成的。 维普资讯 第 5期 张俊杰等 ：6 ( ) ( ) mw机组 i i号瓦振动故障诊断币 ； j 消除 表 4 发 电机各轴承振动 测量 1 4 1 1 号轴承振动特征分析 1 1号轴承 的振动呈现 出以下特 征：相对轴振 很大 ，瓦振很小 ，从该瓦处的轴心轨迹 图也可以进 一 步确认该特征 。该瓦处轴心轨迹的形状类似一个 “ 香蕉” ，在承载力的方向较扁 ，这表明有 比较大 的 “ 预载荷”作用在轴颈上( 或轴承内两个互为垂直 的 方 向上的约束力相差很大) ，其方 向应与下 瓦油契 支持力相同，这说 明，1 1号 瓦抬高后其负载 已达 一 定程度。但该轴承的瓦温并不高 ，仅 5 3。所 以，可以推断该轴瓦的问隙比较大1 2 分析诊断结果 从以上振动特征及相应 的试验结果可以认为： a )9号 、 号、i 1 号轴瓦振动大的原 因，与 发电机转子与密封瓦碰磨相关 。 b ) 由于 9号 、1 0号 、 1号瓦轴 振 均有 随劢磁 电流增加而增大的特征 ，所 以无法排除该 发电机： 并 网后产生热弯曲的可能 。转子热弯曲使轴振明显增 大 ( 1 1号瓦对轴颈的约束力； i t s 4 将振动大 的影响进 一 步放大) ，密封瓦无法及时退让 ，转子 与密封 瓦 内侧发生较严重的碰磨 ，反过来进一步加重了转 子 的弯曲和振动。此时，发 电机转子的振型应 以二阶 为主 ，而热弯曲一般为弓型。弓型弯曲与发电机转 子二阶振型合成的典 型结果就是一端振 幅增大 ( 接 近同向合成) ，而另一端 则是 刚开始 相位变化 大， 振幅变化i b ( 接近反向合成) 。实际测量结果支持该 分析 ，加励磁电流并 网后不久 1 ( ) 号 、1 1号瓦振 动增加较多 ，而 9号瓦相位变化较大 。 c )从 1 1 号瓦相对轴振很大 但瓦振很小的振 动特征可以断定 ，该瓦的间隙 ，特别是顶隙应该偏 大，轴瓦对转轴 的约束力相应偏小 。1 1 号瓦处 的 轴心轨迹图也支持这个判断 。 d )发电机与基础的连接是 比较牢 固的地脚 螺栓 、二次灌浆等的质量不需怀疑。发 电机定子外 壳振动较大主要是转子振动大引起的，长时间这样 运行可能会对定子内部线棒等造成不利影响。 3 消振措施 从上面的分析可以看出，要消除发 电机振动问 题 ，应首先从降低 1 号瓦相对轴振和密封 瓦碰磨 着手 ，若仍然得不到满意的结果 。再考虑降低发电 机转子热弯曲的影响。 3 1 消除碰磨的原则措施 a )解体检查密封瓦，安装数 据应联系制造厂 家商定 ，在可能情况下应取上 限； b )解体检查 1 1 号轴瓦 ，特别注意轴瓦顶隙的 检查和调整 ，应联系制造厂和有相同机组的电厂商 定合理 的顶 隙调整值 ； c )检查集 电环转子端部晃动，并复查 发电机 转子与集 电环转 子中心 ； d )进行现场高速 动平衡 试验 ，降低转子振动 对消除密封瓦碰磨会有帮助； e )若 以上措施还都不能获得满意 的结果 ，建 议提高密封环的径 向活动能力 。 3 2 降低发 电机转子热弯 曲影响的原则措施 a )要求制造厂提供发电机 转子在厂内高 速动 平衡 台上振动检查和动平衡试验时至少两个加热温 度( 如 4 5和 1 3 0) 下的报告 ，以便确定 2号机 组的发电机转子可能的热弯曲程度 ； b )若热弯曲程度不是很大 ，可采取现场 高速 热态动平衡处理，这对消除密封瓦碰磨也有作用 。 4 消振结果 根据消振措施 ，利用停机检修机会 ，对发电机 密封瓦和集 电环等进行检查，发现并消除了一些缺 陷。具体如下 ： a )检查轴承喳与台板的垂直度超标( 上、下偏 差 0 5 9 mm，左 、右 偏 差 0 9 2 mm) ，调 整 至 合格 。 b )检查集 电环转子与发 电机对轮 中心 ，发现 对轮下 张 口为 0 0 5 mm，低 于标准 ( ) 0 8 0 1 0 f f l it i ，回装对轮将下张口调整为 0 1 5 i 1 “1 i ll 。 c )按检修工艺标准要求的力矩上紧对轮螺栓 ， 将 1 1号 瓦 处 集 电 环 转 子 轴 颈 晃 度 值 调 整 为 0 0 3 mm 维普资讯 7 4 广 东 电 力 d )检查 1 i 号瓦 间隙为 ( ) 3 7 mm，按要求调 整为 0 2 5 mm。 e )解体检查发 电机前 、后端密封瓦密封环均 发现明显磨痕 。测量各部件间隙测量均合格 ，但发 现励端空侧密封环椭圆度不合格 ，修整后合格 。 发电机检修完毕 ，机组整组启动后进行了 “ 热 态”动平衡试验 ，具体数据见表 5 所示。 5 结论 a )通过全面测量发电机振 动和深入分析振动 的变化规律 ，诊断出发 电机集电环外端 1 1号轴承 振动大的原因是由发电机密封瓦碰磨 、发电机转子 热弯 曲以及一些安装工艺不当等因素所致 。 b )在检修 中必须严格执行工艺标准，彻底 消 除发电机密封瓦碰磨 ，集 电环转子轴颈晃度值超标 以及 1 1 号瓦间隙超标等因素对 1 1 号轴承振动的影响。 c )当发 电机 转子 热 弯 曲较 小 时，可 以通 过 “ 热态”动平衡试验 ，将热弯 曲对振动的影响抑制 在可接受的范围内。要彻底避免或消除这种热弯曲 所引起的振动 ，必须从这种热弯曲的源头 ，即发 电 机转子装配质量人手做好设备监造工作。 ( 上接 第 3 4页) 在实际工作 中，b ot项 目公 司应该根据项 目 情况、风险的特点确定使用风险管理策略，并制定 具体的风险管理措施 。 5 结束语 电源 b ot项 目投融资决策成功 的必要条件之 一 是项 目风险的合理分配和风险识别及其评价。电 源 b ot项 目从 兴建 、运 营 到移交 时 间长 达几 十 年所面临的投资风险是可想而知的。风险分析准 确 、风险评价适 当、风险分配合 理 、风险措施得 当，项 目就可 以顺利实施 ，否则会后患无穷 ，因此 项 目投资者在项 目跟踪阶段就需要对风险问题进行 研究 ，确定 风险种类 ，进 行有效 的风险分析和评 价 ，拟定相应的风险规避对策 ，将所有的风险分配 给最具控制力的那方 ，最终实现风险管理最优化的 决策 目标 。 参考文献： 1 王辉 何伯森中 国实行 b ot项 目的经验 r j 中 国软科学 第 2 1 卷 表 5 发 电机热态动 平衡试验 前后各轴 承振 动测 量 x m 注 ：并 网前和带 6 0 0 mw 负荷 时得 到的振动 值为集 电环 动平衡