国产亚临界600MW机组励磁机轴承振动大分析及处理.doc

国产亚临界600MW 机组励磁机轴承振动大分析及处理曾伟光 王学成（神华广东国华粤电台山发电有限公司 广东 台山 529228）【摘 要】本文介绍了广东国华台山电厂4 号机组励磁机轴承振动异常增大的分析及处理情况，利用汽轮机振动采集系统的有关数据，分析和诊断机组振动的原因，得出11 号轴承振动的原因是，轴瓦垫铁在机组运行过程中发生松动，使轴瓦的支撑刚度降低，引起11 号轴承振动增大，为此，提出检查轴瓦垫铁、调整励磁机转子轴系中心高度的处理措施。运行实践证明，这一处理方法达到了预期目的。【关键词】励磁机轴承 振动 支撑刚度 轴系中心0 前 言广东国华台山电厂4 号机组为上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术生产的亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴凝汽式汽轮机，机组型号N60016.7/538/538。汽轮发电机组轴系由高压转子、中压转子、两个低压转子、发电机转子、励磁机转子组成。励磁机转子支撑于励磁机轴承（11号轴承）上，为单支承转子，其它转子各自支承于两个径向轴承上，整个轴系有11 个轴承。1 励磁机轴承结构国产600MW 机组尾部轴承是支撑励磁机转子的唯一轴承，由一钢制之轴承壳体和4 块浇有轴承合金的钢制瓦块所组成，轴承壳体用四块均布球面垫铁（均与垂直方向成45角度）固定支承于轴承座内孔，在球面垫铁与壳体之间的垫片是用来垂直地和水平地移动轴承，使转子准确地在轴承座中定位。4 块瓦块均置于壳体并以球面垫块来支承和定位。润滑油通过轴承下半底部垫块之中心孔进入轴承壳体之下部，从而润滑和冷却整个轴承。如图1 所示：图1 四瓦块可倾瓦轴承机构图全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机922 振动异常变化过程2010 年3 月17 日22：10，4 号机11 号轴承X 方向振动值呈逐渐增大趋势，振动值在一个星期内由正常的0.045mm 缓慢上升至0.120mm，并呈继续上升趋势。11 号轴承Y 向振动及绝对振动值也呈一致变化趋势，但振动变化量较小，11 号轴承瓦温没有明显变化，相邻的发电机轴承9 瓦、10 瓦振动无明显变化。鉴于11X 振动明显爬升，但11Y 以及绝对振动没有明显变化，3 月18 日，技术人员对4 号汽轮机11 号轴承X、Y 方向振动信号回路及前置器进行检查，4 号机11 号轴承振动信号回路及前置器正常。3 月19 日9：44，11 号轴承X 方向振动值开始爬升，至11：10，振动值上升至0.220mm，最高0.259mm， 如图2，12：55，4 号机组开始滑参数停机。我厂汽轮机振动保护逻辑是，轴振达到0.254mm，且相邻轴承轴振大于报警值0.125mm，延时2 秒机组跳闸，由于10 瓦振动尚未达到报警值，故机组未跳闸。图2 11 号轴承振动变化趋势图111X 方向振动；211Y 方向振动；311 号轴承复合振动3 11 号轴承振动异常增大原因初步分析及处理方向1) 通过分析对比9、10、11 号轴承的振动幅值趋势，11 号轴承振动爬升过程中，9、10 号轴承振动并没有出现明显变化，初步判断11 号轴承振动爬升与发电机轴承9、10 瓦的工作状态没有直接的关系，本次抢修不检查9 瓦、10 瓦。2) 发电机有功、无功功率变化、励磁电流变化，对11X 振动没有直接影响，基本可以排除发电机磁力不对中、闸间短路等发电机故障引起的振动问题，大幅度调整空/氢侧密封油温度，9、10、11 号轴承振动没有明显变化，可排除密封瓦轻微卡涩导致11 号轴承振动变化的可能性。3) 自3 月18 日0 时开始，11 号轴承振动快速爬升，11X 方向相位开始发生较大幅度的变化，11X 方向振动从0.060mm 爬升至0.259mm，相位从178变为240，11Y 方向振幅从0.051mm 增大全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机93至0.077mm，11Y 相位变化在10以内，11Y 方向振动没有明显变化。4) 分析11 号轴承间隙电压历史数据发现，11X 方向间隙电压增大1.2V，11Y 方向间隙电压增大0.5V，数据变化见表1，按照我厂振动传感器与转轴间隙值与输出电压的转换关系，1mm 间隙对应-8V 电压，故在X 方向，转轴相对探头下沉0.15mm，Y 方向，转轴相对探头下沉0.0625mm，按照矢量合成，如图3，11 号轴径下沉0.1625mm，与垂直方向夹角为22.4，11 号轴承间隙电压发生较大幅度变化可能原因有：1）振动探头松动；2）转轴标高下降。现场检查振动探头无松动，故转轴标高下降的可能性较大，本次抢修重点检查励磁机转子标高数据。表1 11 号轴承轴振及间隙电压变化量正常时 振动最大时测点11X 11Y 11X 11Y间隙电压（v） -10.3 -10.7 -11.5 -11.2振动/相位（mmo） 0.060178 0.05163 0.259240 0.07757图3 励磁机转子标高变化矢量合成图5) 分析11 号轴承轴心轨迹变化趋势，如图4 所示，根据参考文献，转子两个方向上动力特性相差较大时，轴心轨迹椭圆度较大，这时就会出现两个方向上振动探头读数相差较大的情况1，3 月8 日8 时，X、Y 方向的振动探头读数分别为0.060mm 和0.051mm，随着11 号轴承振动的发展，11 号轴径轴心轨迹向椭圆发展，至3 月19 日13 时，X、Y 方向的振动探头读数分别为0.259mm 和0.077mm，说明11 号轴承X、Y 方向支撑刚度相差较大，Y 方向支撑刚度大于X 方向的支撑刚度。根据11 号轴承的结构形式，其振动大的原因可能是X 方向的下垫铁松动或者瓦盖对X 方向的上垫铁紧力不足。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机94图4 励磁机转子轴心轨迹变化图通过分析11 号轴承间隙电压、轴心轨迹、振动幅值和相位趋势图，结合机组负荷、发电机相关参数等数据，得出可能引起11 号轴承振动的原因为：1）炉侧（X 方向）瓦枕下垫铁松动并发生磨损，使轴瓦标高下降；2）瓦盖对轴瓦的紧力消失； 3）励磁机对轮部分螺栓紧力发生变化。根据以上分析，本次11 号轴承检修的主要项目为：1）11 号轴承的瓦盖紧力检查；2）11 号轴承的瓦块顶部间隙检查；3）11 号轴承油挡洼窝中心测量；4）浮动油挡以及外油挡间隙测量；5）11号轴承底部垫铁检查；6）11 号轴径摆度测量；7）励磁机与发电机对轮连螺栓紧力及止动套筒检查。4 处理情况4.1 处理方案根据我厂600MW 机组集控运行规程规定，汽轮机高压缸调节级金属温度在204以下，若有紧急工作，可以短时间停运盘车，每停30 分钟，应盘车180进行自重直轴30 分钟。为了缩短检修时间，按照运行规程规定，4 号机停机后，待高压缸调节级温度降至204以下，间断停止电动盘车及润滑油系统，11 号轴承进油管加装堵板后恢复润滑油系统运行，在转子上做好标记，每隔30分钟盘动转子180，进行自重直轴30 分钟。利用停盘车时间解体检查11 号轴承，期间密切监视汽轮机各轴瓦的温度情况以及大轴的偏心值。4.2 检查情况全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机95揭开11 号轴承箱盖，发现瓦枕上部的紧力调整垫片损坏，如图5 所示，上部瓦枕电侧垫片（在X 方向上）已经磨穿；测量11 号轴承顶部间隙，电侧（在X 方向上）0.27mm，炉侧0.14mm。11 号轴承炉侧下部垫铁（在X 方向上）4 个固定螺栓紧力消失，垫铁松动，测量11 号轴承底部垫铁绝缘垫片厚度减薄0.12mm，绝缘垫片有磨损痕迹，如图6 所示。11 号轴承前后浮动油挡径向、轴向间隙、外油挡径向间隙均在标准范围内，励磁机转子摆度0.05mm，在标准范围内，用力矩扳手检查励磁机对轮螺栓紧力均大于1650Nm，励磁机与发电机对轮连接螺栓止动套筒无松动。与09 年小修数据对比，油挡洼窝中心发生较大变化，左（炉）侧变小0.13mm，右（电）侧增大0.14mm，下部减小0.15mm，说明励磁机转子往炉侧下方偏移，标高下降0.15mm，轴瓦标高下降使上瓦枕紧力配合变为间隙配合，紧力由原来的0.03mm/0.05mm，变为间隙0.20mm/0.05mm，检修数据见表2 和表3。表2 11 号轴承修前修后数据对比（一）浮动油挡径向间隙(mm) 浮动油挡轴向间隙(mm)瓦套紧力(mm) 顶部间隙(mm)转子摆度(mm) 前 后 前 后0.02-0.05 0.18-0.22标准值炉侧 电侧 炉侧电侧0.05 0.46-0.56 0.46-0.56 0.05-0.15 0.05-0.1509 年小修修后值 0.05 0.03 0.14 0.22 0.03 0.46 0.46 0.15 0.15本次抢修修前值 0.05/间隙0.20/间隙 0.14 0.27 0.05 0.45 0.45 0.15 0.15本次抢修修后值 0.03 0.03 0.19 0.20 0.04 0.45 0.45 0.15 0.15表3 11 号轴承修前修后数据对比（二）前油挡洼窝中心(mm) 端部油挡间隙(mm)#11 轴颈扬度(mm/m)下 左 右 上 左 右 下标准值 2.600.10 - - - 0.84-0.94 0.45-0.55 0.45-0.55 0.08-0.1809 年小修修后值 2.66 3.69 3.84 3.82 0.90 0.45 0.45 0.08本次抢修修前值 2.53 3.54 3.71 3.96 0.90 0.40 0.50 0.08本次抢修修后值 2.63 3.70 3.82 3.86 0.85 0.45 0.45 0.15图5 损坏的瓦枕上部紧力调整垫片全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机96图6 11 号轴承下部绝缘垫片4.3 处理情况1）更换11 号轴承下瓦绝缘垫片，新的绝缘垫片厚度比旧的厚0.12mm，用力矩扳手以30Nm的力矩均匀紧固垫铁固定螺栓（螺栓规格M8），螺栓紧固后在垫铁上架设百分表，用木棒敲击垫铁，垫铁移动量小于0.02mm，更换绝缘垫块后11 号轴承标高上抬0.16mm（见表2，前油挡洼窝中心变化数据）。2）涂红丹粉检查球面垫铁与轴承座的接触情况,接触面积大于总面积的75而且均匀分布，用塞尺检查球面垫铁与轴承座的间隙，间隙值小于0.03mm。3）调整11 号轴承顶部间隙，在电侧上瓦块背后销饼上增加0.07mm 的不锈钢垫片，炉侧上瓦块撤走0.05mm 不锈钢垫片，调整后11 号轴承顶部间隙为炉侧0.20mm，电侧0.19mm，在标准范围0.18mm0.22mm 内。4）在11 号轴承炉侧上瓦枕与球面垫铁之间增加0.10mm 不锈钢垫片，电侧上瓦枕增加0.15mm不锈钢垫片，调整垫片后11 号轴承的瓦盖紧力为炉侧0.03mm，电侧0.03mm。5）调整励磁机转子摆度至0.04mm，用力矩扳手检查励磁机对轮螺栓紧力均大于1650Nm。修后4 号汽轮机启机定速3000r/min 时，11 号轴承X 方向振动最大0.045mm，Y 方向振动0.024mm，复合振动最大0.063mm，机组带负荷600MW 时，11 号轴承X 方向振动0.033mm，Y 方向振动0.020mm，复合振动0.057mm，各向振动值稳定。本次对11 号轴承的抢修取得圆满成功。5 原因分析5.1 直接原因11 号轴承下部炉侧（X 方向上）垫铁松动，上部电侧（X 方向上）紧力调整垫片严重磨损，造成该轴瓦紧力，特别是X 方向紧力逐渐降低，即轴瓦约束刚度降低，是导致11 号轴瓦轴振大停机的直接原因。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机975.2 根本原因11 号轴承的瓦枕用四块均布球面垫铁（均与垂直方向成45角度）固定，每块垫铁与瓦枕之间均有一个绝缘垫片（材质为环氧层压玻璃布），且用四个螺钉拧紧在瓦枕上，以防止垫铁在机组运行中滑动。机组运行较长时间后，夹在垫铁与瓦枕之间的绝缘垫片有可能发生塑性变形。绝缘垫片塑性变形较大时，必然引起垫铁松动，导致轴承紧力降低，即瓦枕支撑刚度下降，造成轴承振动增大。这种情况往往首先发生在承力最大的炉侧下垫铁的绝缘垫片上，引起X 方向振动明显增大。垫铁发生松动后，瓦枕上部的紧力调整垫片往往在长时间振动作用下逐渐磨损变薄，直至磨穿。这进一步加速瓦枕紧力的降低速度，使振动加速增大，最终导致11 号轴承因轴振大而停机。该种型号发电机转子及其励磁机转子的三个支撑轴承的瓦枕垫铁均具有相似的结构，这种垫铁结构存在着机组运行中发生松动的安全隐患，且这个安全隐患是造成本次11 号轴承X 方向振动大跳机的根本原因。对比11 号轴承的检修记录（见表2 和表3）发现，2009 年4 号机C 级检修后，上瓦枕紧力测量数据：电侧0.03mm（紧力）、炉侧0.05mm（紧力），本次抢修解体测量数据：电侧0.20mm（间隙）、炉侧0.05mm（间隙）。说明11 号轴承标高下降较为明显，轴瓦标高下降使上瓦枕紧力配合变为间隙配合，此现象也印证了前述绝缘垫片长时间运行后被压缩的判断是完全正确的。6 结论4 号机11 号轴承振动异常发生后，技术人员通过查看汽轮机振动采集系统的数据，对数据进行分析处理后，制定出切实可行的检修方案，准确判断出故障部位，用最短的时间高质量的解决11 号轴承振动大问题。针对本型号机组发电机轴承垫铁结构存在着运行中发生松动的安全隐患，应采取以下措施：1）应修改检修维护的有关规定，利用各种检修机会，针对垫铁松动问题进行定期