蓝光电厂#2机组振动原因分析.doc

蓝光电厂#2机组振动原因分析刘今河南蓝光环保发电有限公司摘要： 回顾和总结了国内汽轮机振动诊断技术的发展情况，根据汽轮机组振动的不同的特点有针对性的提出案例并进行了仔细的分析，从案例事件的发生、发展过程及原因做了较为详细的论述。关键词：蓝光#2机组 热不平衡 振动 原因分析1引言 近年来，随着电力设备生产技术的不断发展和国内金属材料科学研究的不断深入，国内火电机组的单机装机容量实现了10年来的跨越式发展，目前最大单机装机容量已达到了1000MW，为我国的经济发展提供了强大的电力能源支持。汽轮发电机组作为电力生产的重要设备，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，“汽轮发电机组振动”这一问题始终是影响机组稳定运行的难题，因汽轮发电机组在设计环节、制造环节、安装环节、运行环节、检修环节等各个环节都容易出现导致机组振动的因素，因而每台发生振动的机组都有其自身独有的特点，而这些特点和原因又存在着很大的共性。本文针对蓝光电厂#2汽轮发电机组振动的现象和原因进行了叙述、总结。2蓝光电厂#2机组#3瓦振动分析2.1 机组简介 蓝光电厂#2机组是由南京汽轮机厂生产的C135-13.24/0.981-535/535型超高压。双缸双排汽汽轮机，发电机是由南京发电机集团生产的QFW-135-2型发电机；整台汽轮发电机组共5个支持轴承，其中汽轮机3个，发电机2个，1个独立结构推力轴承，高中压转子与低压转子采用三支承，#3支持轴承和#4支持轴承及低压对轮合装在#3轴承箱内，而盘车装置装在#3轴承箱上，#3瓦为负荷分配最重的轴承。该机组2007年3月正式投入商业运营。刚投产后运行的半年时间里，振动正常。2.2振动发展过程及处理过程（按时间分段）2.2.1 2007年8月28日，机组经停机备用后启动并网，机组在定速3000r/min时，#3瓦（瓦振）DCS显示振动值为32m，机组并网带负荷后，振动值随负荷增加而增大，机组负荷80MW时，#3瓦振动达56m，因电网所需负荷较低，机组运行到9月12日再次停机备用。停机前机组负荷没有超过80MW，在此备用期间因停机时间较短，无足够检修时间，未对#3瓦进行检查处理。2.2.2 9月18日机组再次启动，空载定速3000r/min时，#3瓦振为32m，#3X向轴振为32m ，机组并网加带负荷30MW时，#3瓦振为40m，轴振为40m，负荷加至60MW时，机组#3瓦振为50m，加至70MW时，#3瓦振为56m，80MW时#3瓦振动为61m，同时，发电机尾端#5轴承X向轴振为160m（该测点振动值自机组投产后一直偏大，始终在125-170m之间波动）。机组振动明显有随负荷增加而增大的趋势。机组停机进行检修，检修人员对#3瓦进行了详细的检查，未发现明显缺陷，2.2.3 10月21日，机组再次启动并网，机组定速3000r/min时，#3瓦垂直振动40m；机组并网后随即增加至57m；10月22日2:00，机组负荷60MW，#3瓦振动为60m。在接下来的3天时间里，#3瓦振动最高为110m，联系河南试研院及制造厂家专家，试研院专家对机组的振动情况进行了现场测量试验，机组振动特点如下：a：开始机组振动值超标的主要是#3、#4、#5轴承测点。运行一段时间后，情况进一步恶化，其中#3轴承瓦振值最大可达到110m，#4轴振值超过125m ，瓦振超过50m。b：各轴振动及瓦振动以基频（50HZ）为主，振动的基频相位稳定，轴承与转子振动的幅值同步增减变化。c：#3轴振正常但瓦振超标，瓦振恶化后会超过轴振，开始时#3瓦振在一定程度上受机组真空和低压缸排汽温度的影响，且#3瓦振岁转子转速的降低迅速降低，由109m (3000r/min时)降低到50m (2800r/min时)；#3轴承的支撑刚度偏低，对激振力的变化极为敏感，其结构或安装上存在一定问题。d：现场测量#3、#4轴承箱振动，与TSI数据基本相符，#3与#4轴承（含盘车装置）箱体振动较大，四角座与台板振动分别为17m、31m；36m、54m；26m、42m；16m、26m，但不存在连接部件刚度不足的问题。e：发电机轴两个轴承振动及瓦振反动相分布，发电机转子存在较大的二阶质量不平衡。f：与该机组投产时振动监测数据比较，#3、#4轴承的相位有一定的变化，#3轴承与#4轴承油膜压力偏低，并且该机组进行过甩负荷试验，#3轴承承载力偏低，机组低发对轮的中心存在跑偏的可能。g：降速过程过临界最大轴振为63m（#1 X方向），该机组一阶不平衡量较小。试研院专家分析原因认为：#3瓦支撑刚度较差，应进行彻底检查，并复查低发对轮中心；最后考虑进行动平衡。2.2.4 10月24日，南汽厂技术人员到达我厂，10月26日凌晨4:00；由厂家技术人员在低压缸（3瓦侧）转子末级叶片处加装配重螺钉，共计495g；10月26日7：30机组冲转，定速3000r/min时，#3瓦振动36m，并网后随即增加之至57m。2.2.5 10月31日11月8日，#2机组停机检修#3、#4轴承，重新研磨#3。#4轴承瓦枕垫铁（原安装接触不良，影响刚度）；调整后#3瓦下降10丝。#4瓦下降8丝。解体低发对轮，更换整套对轮螺栓（原安装螺栓间隙严重超标）；找正低发对轮中心，整定值为圆：0.025mm；面：下张口0.025mm。11月8日，机组冲转，定速3000r/min时，#3瓦振为30m振动良好，11月9日，机组负荷120MW。#3瓦振动75m，#3瓦振再次恶化，说明虽然检修中发现的一些缺陷但并没有解决根本问题。2.2.6 11月10日，对发电机#4瓦、#5瓦轴振偏大进行动平衡处理，意图通过调整发电机转子不平衡量来看#3瓦振动的变化；按照试研院提供方案，在#4瓦发电机护环加装配重141g,风扇加装配重392g(合计533g),在#5瓦发电机护环加装配重141g，风扇加装390g（合计531g）,机组于11日并网，定速3000r/min时，#3瓦振动19m，并网为：20m，#4瓦、#5瓦轴振下降到正常值。除#5X轴振为85m mm，其余各轴承轴振均小于76m，瓦振均小于30m。2.2.7 经过一周左右的运行，随着#4瓦、#5瓦轴振的逐渐增大，#3瓦振动随之逐步增大，11月27日，#2机组再次停机进行发电机转子动平衡，#4瓦护环加装500g ,#5瓦护环加装500g;11月28日机组启动并网，并网后负荷70MW时，#3瓦振动小于10m,#4瓦、#5瓦轴振再次下降到正常值：小于70m，机组暂时稳定运行，2.2.8 12月5日，机组经过几次负荷变化后，发电机转子产生了热不平衡量，致使轴承振动增大，随着#4瓦、#5轴振的逐步增加，#3瓦振动仍呈逐步上升趋势，截至12月7日，经过几次负荷变化后，#4瓦轴振X向为101m，#5瓦轴振X相为152m，机组于12月6日晚满负荷运行时，#4瓦X向轴振最大为140m m，#5瓦X向轴振最大为203m，#3瓦垂直最大振动为81m，随着机组运行时间的延续，发电机转子热不平衡现象日趋严重。2.2.9 2008年3月决定机组转大修，发电机转子返回制造厂家进行彻底检查，根据厂家的检验结果，发电机转子内部匝线短路，导致发电机转子热不平衡，最后决定更换发电机转子，机组在2008年4月大修后启动，各项指标运行正常，#3瓦振动消失。2.3原因分析 这是一起非常典型的由于发电机转子热变形导致的汽轮发电机组异常振动，本案中蓝光电厂#2机组发电机转子由于制造环节中存在匝间短路的缺陷，使机组在并网加带负荷后发电机转子开始产生热不平衡，首先表现为#5轴振X向偏大，随着机组运行时间的延长，匝间短路范围的扩大，发电机转子的热不平衡现象日趋恶化，并在机组并网运行后，发电机转子的轴振变化随着负荷的增加而增加，表明发电机转子内部热不平衡变化逐渐加剧。由于在135MW类型的机组中，#3瓦的负荷分配为最重，而该机组在安装过程中，#3瓦瓦座接触较差，导致#3瓦刚度下降，对振动反映敏感，机组振动随之表现出来。在处理过程中，虽然在发电机转子的护环和风扇上加装配重块短时间内解决了发电机转子因热不平衡所产生的质量不平衡，但没有从根本上解决因匝间短路导致发电机转子热不平衡这一根本原因，因此机组在经过一段时间运行后，经调整的质量平衡再次被破坏，机组振动又重新出现。机组经过大修，更换发电机转子后，造成发电机转子热不平衡的根本原因得到解决，机组运行也随之正常，3结论转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度有密切关系，大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，转子温度逐渐升高，引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。参考文献：1陈有利.发电机组常见故障检测与排除J.电力信息,2005,12.2张阳.发电机组异常振动原