某电厂300MW汽轮机轴系振动的原因分析

1、某电厂 300MW 汽轮机轴系振动的原因分析金建国李勇王爱起(丰城发电厂)(东北电力学院)【摘要】对某 300MW 汽轮机机组轴系振动产生的原因作了较为详细的分析 ,并提供了大量的现场数据 ,为找出产生振动的原因提供了解决办法 。关键词 :汽轮机轴系振动动平衡分类号 : TK268 . 1绝对振动相对振动Analysis of the Reasons ofJ in J ianguo Li Yonga 300MW Steam Turbine VibrationWang Aiqi(Northeast China Institute of Electric Power Engineering)( F

2、eng Cheng Power Station)Abstract :The detail analysis of the reasons of a 300MW steam turbine vibration in done , and a lot of operatingdata is proposed , this analysis gives methods to diagnose the reasons of vibration.Key words :stea m turbineaxial vibrationrelative vibrationdyna mic balancing a b

3、solute vibration析 ,并提出了一些解决办法 。前言0该机组振动的现象1随着我国经济的发展 ,电力工业得到更为长足的发展 ,大容量 、高参数的机组不断地 投入运行 ,对机组运行稳定可靠性的要求也 就越来越高 。振动是汽轮发电机组健康状况 的综合反映 ,设计 、制造 、安装 、检修和运行不 当 ,都会加剧振动 ,同时振动过大又会使汽轮 发电机组的健康状况更加恶化 。因此 ,机组 出现振动过大或出现一些不正常的振动就成 为机组运行的故障 ,同时 ,振动亦进入机组的 跳闸保护 ,及时发现并消除振动可保护机组 的安全 。如果掉以轻心 ,不切实采取措施 ,就 会酿成重大事故和灾难性的振动

4、,其后果不 堪设想 ,近几年来亦有许多惨痛的教训 。本 文对机组振动产生的原因作了较为详细的分经多次试验 ,发现振动和发电机的空侧油温的关系 (油温变化 ,振动亦会发生) ,具体 数据见表 1 。单位 :m表 l油温与轴振 (通频) 的关系瓦号空侧油温2 号3 号4 号5 号6 号7 号4333 . 936 . 9107 . 481. 845 . 133 . 832 . 939 . 231 . 986. 984. 870 . 841 . 5 32 41 . 5 30 . 3 73 . 4 84 . 4 80 . 8 63 . 8 发生以上现象时已开机带满负荷一天以上 ,因此可以排除缸胀不均 ,

5、另外负荷稳定可 排除蒸汽参数的影响 ,该机开机后 ,4 号瓦一直振动都很大 ,通过空侧油温的调整 ,4 号瓦收稿日期 :1998 - 11 - 14金建国 1962 年 10 月出生 男 汽轮机实验室主任 工程师第 4 期金建国等 :某电厂 300MW 汽轮机轴系振动的原因分析245振动由107 . 4m 下降到73 . 4m 。但密封油温不能调得太低 。3 天后 ,4 号瓦振动又突然憎 大 ,达 118m ( 通频) , 后停机翻 4 号瓦检查 , 发现 4 号瓦外挡油环 ( 电机侧) 侧磨损严重 , 且有裂纹 ,由厂家补瓦处理后再次开机 ,振动 已恢复到上次数据 ,通过 168 小时试运后

6、一直到动平衡前 ,4 号瓦的振动亦无太大的变 化 。承座与基础 之 间 , 汽 机 台 板 与 基 础 之 间 等 。随开机时间延长 ,及带高负荷 ,会使原来安装 好的间隙改变 ,导致振动增大 ,时间一长 ,磨 合好了以后 ,振动值将不再增大 ,又由于测得 的数据中 ,二倍和三倍工频的振动分量很小 。综合上述因素 ,该 300MW 机组 4 号瓦振 动大主要是由于动不平衡所引起 ,该动不平 衡是由于轴系连成一体后 ,动不平衡重新分 配造成的 ,同时开机初期 4 号瓦磨损亦有关 系 。机组振动原因分析23 机组动平衡校验机组在初期运行阶段 ,振动较为理想 ,但随着运行时 间 的 增 长 , 机

7、组 振 动 逐 渐 增 大 。 开始阶段 ,密封油温对 4 号瓦轴振影响较大 , 这种情况在某电厂 2 号机组调试过程中也发生过 ,但密封油温对振动影响的原因是什么 , 仍不好解释 。一种解释是由于密封瓦与轴承 相类似 ,油温变化使油膜产生类似于轴瓦油 膜失稳的状态 ,致使转子产生涡动 ;另一种解 释是由于密封瓦与轴瓦靠得较近 ,空侧油温的变化 ,会导致轴承内的工作状态受到影响 ,究竟哪一种解释更为合理 ,尚不能定论 。 但值得注意的是振动随机组运行时间的延长而加大 ,其可能原因是在启动初期机组 各部件尚处于磨合期 ,尤其是轴颈 、轴瓦 、轴3 . 1动平衡校验前振动测试对 300MW 机组低

8、压转子进行了详细的 测试 ,取得了大量的实测数据 , 为 300MW 机组的动平衡校验做好了充分的准备 。实测结果见表 2 。维持油温 、油膜压力不变 ,不同负 荷下测试数据见表 3 。3 . 2动平衡校验在 低 压 转 子 外 侧 凸 肩 上 , 均 匀 布 置 32表 2油温与油膜压力之间的关系瓦号2 号3 号4 号5 号6 号油温/ 油膜压力/ MPa503. 0533 . 5623 . 2591 . 9662. 9不同负荷下测试数据 (通频/m ,1X/m °)表 3负荷瓦 号1 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号300MW绝对 振动通 频48. 157 . 926108

9、94 . 775. 239 . 31X31 8841 10827 14994 7279 9523 2632 . 7 100相对 振动通 频4353301129675371X30 8640 10123 15496 7781 9622 2032 107200MW绝对 振动通 频3867381059672451X27 7656 11232 14691 7480 9322 4542 103相对 振动通 频445423687270391X28 8741 10419 13754 9257 8121 9434 116150MW绝对 振动通 频3944321129872481X27 8344 10526 15

10、697 7781 9518 6542 105相对 振动通 频385623707268351X27 8543 10518 13754 9256 8220 9430 125空 载绝对 振动通 频386738989473461X27 7656 11234 14387 6877 8824 6037 101相对 振动通 频376529656867371X27 7455 11227 13752 8754 7723 9132 113汽轮机技术第 41 卷246孔 ,此即为可加平衡块的平衡孔 。高压转子上主油泵外 伸 轴 上 有 键 槽 , 此 即 为 键 相 槽 。 所加平衡块的平衡孔位置由键相槽相对键相

11、探头的位置来确定 ,如图 1 。当键相处于上方时 ,从 4 号瓦往 1 号瓦看可见图 1 形状 ,孔的编号规则以如图位置 为准 ,与键相槽成零度角的孔为 0 位 ,顺转向 依次为 131 ,共 32 孔 。进行第二次加重 。第二次 加 重 , 通 过 计 算 机 计 算 后 , 在 第25 孔加重 457g ,第 26 孔加重 455g ,同时取下 第一次加重 ( 462g) ,重新开机测取数据见表5 。第二次加重后 ,1 号7 号瓦振动均有所下降 ,尤其 4 号6 号瓦振动下降幅度最大 ,现已全部在优良范围内 ,加载如图 3 所示 。图 2图 3第二次加平衡块的位置 、重量计算 。由于仅在低

12、压转子 4 号瓦侧加配重 ,所 以采用单平面向量分析法计算 。设定参数如 下 :_A0 :第一次加平衡块之前3 000r/ min空载振动向量 。_A01 : 第一次加平衡块之后3 000 r / min空图 1第一次加平衡块为 462g ,加在第 21 孔 ,加重后其振动数据见表 4 。 第一次加平衡块位置如图 2 。 第一 次 加 平 衡 块 后 , 各 瓦 ( 4 号 、5 号 、6号 、7 号) 振动均有下降 。经计算机运算后 ,表 4第一次加平衡块后不同转速下测得数据 (通频/m ,1X/m °)第二次加平衡块后不同转速下测得数据 (通频/m ,1X/m °)表

13、5转数瓦 号1 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号2 040 r/ min绝对振动通 频264636314785881X17 8338 6423 30523 2937 4861 1183 355相对振动通 频264230335076801X18 8134 7023 31021 5065 8154 378 . 9 03 000 r/ min 空转绝对振动通 频30542849697548451X16 2344 9222 28639 4256 8819 10741 158相对振动通 频295128405748371X16 6342 9517 29224 7041 7621 10735 161转

14、数瓦 号1 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号2 040 r/ min绝对振动通 频374921314798881X30 8840 8316 34518 35831 5863 4731 355相对振动通 频344716224889781X28 8737 8511 35116 3033 8253 375 03 000 r/ min 空转绝对振动通 频386532907761351X27 7452 11527 16085 1954 7422 11231 118相对振动通 频376322505559341X27 7450 11918 16543 455144 6522 9430 125第 4 期

15、金建国等 :某电厂 300MW 汽轮机轴系振动的原因分析247_| A0|载振动向量 。所 加 重 量 Q = 462 ×= 462 ×52/_A1 :第一次加载后引起的振动向量 。以上均指 4 号瓦一倍频的振动向量 。 按相对振动计算 :_| A1|30. 58 = 785. 6g实际加重情况是在第 4 孔加 457g , 第 5孔加 455g , 与上面 计 算 结 果 相 比 , 位 置 相 差 不大 ,但所加重量相差 126 . 4g 。计算结果分析 。因无法加在任意位置 ,只能加在相邻两孔 ,由于这一角度的误差 ,其 产生的振动向量合成后要比相同质量加在同 一个孔

16、中所产生的振动向量小 ,因此 ,为产生 相同的振动向量 ,相邻两孔中所加重块之和必大于计算得出的一个重块的质量 。 上述所加的 457g ,455g 为计算机精确计算 。其运算程序中考虑了各种误差 ,而我们 仅仅是通过单平面的计算来得出结论 ,其中 亦没有考虑非线性修正 ,这也可能是造成误差的主要原因 。3 . 3 动平衡校验后振动测试带负荷测取振动数据见表 6 。第二次加 重后 ,在 200MW 负荷时 ,二倍频分量尽管存 在 ,但均特别小 ,有可能是机组在安装过程_由前面可知 : A0 = 52m 87°, A01 = 43m51°。_ _则 A1 = A01 - A0

17、 = 30 . 58m - 38 . 42°第二次加的平衡块应顺转向 ( 在第一次 平衡块位置) 移动 :180°- 38 . 42°- 87°= 54 . 58° 每二孔间角度为 360°/ 32 = 11 . 25°。 亦即 应 在 第 一 次 加 重 位 置 顺 转 向 移 动4 . 85即近似 5 孔 。具体位置如图 4 所示 。图 4不同负荷测取振动数据 (通频/m ,1X、2X、3X/m °)表 6中 ,转子对中存有一定的误差所致 。3 . 4 动平衡校验结果第二 次 加 重 后 , 通 过 空 负 荷

18、 、200MW、300MW 负 荷 振 动 数 据 测 量 , 可 以 看 出 ,300MW 机组的振动 (4 号瓦) 超差 。主要是由 于转子 ( 低压转子) 不平衡所引起的 ,第二次 加重后 ,各瓦振动全部达到达标要求 。各转子出厂前 ,均己做高速动平衡 ,也全部在合格范围内 ,之所以在现场出现轴系动不平衡 ,是 由于轴系在找中过程中误差引起的 ,该误差 可以导致轴系的平衡状况重新分配 ,这一点 , 从存在二倍的振动分量中可以得到证实 ,当 然也不排除其它原因 。(下转第 236 页)负荷瓦 号1 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号200MW绝对 振动通 频44501637547288

19、531X31 8338 945 22926 15747 9243 34453 2762X7 . 3 2085 2386 2506 22613 27721 1804 . 4 163X5 . 2 3545 2526 3267 . 5 304300MW绝对 振动通 频576161554652306982511X37 7145 5426 35025 11951 8243 35240 2462X7 2133 . 4 05 . 7 2605 . 7 27012 29620 03X15 1011 59 169 34616 34511 . 5 8汽轮机技术第 41 卷236趋势分析模块 、稳态分析模块和瞬态分

20、析模块 ,后两者则主要采用时域和频域的分析方 法 。图 3 是信号分析模块的功能结构 。块的调用 、切换和协调 。主控程序借助于黑板中的任务安排表而且与诊断系统完成的领 域任务无关 。11 . 人机接口模块 : 用于用户 、领域专家 或知识工程师与诊断系统的交互作用 。通过人机接口模块 ,可以干预诊断系统的运行 ,以 及以计算机内部表示形式或拟自然语言的形 式组织知识 、数据的输入与输出 。结束语3图 3 信号分析模块功能结构框图6 . 故障诊断模块 :以征兆事实为依据 ,利 用诊断知识库中的知识 ,完成汽轮发电机组 的故障诊断 任 务 , 并 对 诊 断 过 程 提 供 解 释 。 它包括征兆获取模块 、诊断推理模块和诊断 解释模块 。7 . 知识获取模块 : 负责管理和维护知识 库中的知识 ,由词典管理模块 、知识管理模块 和知识维护模块组成4 。8 . 故障处理模块 : 根据系统的最终诊断 结果 ,利用决策知识 ,给出对于特定故障的处 理意见 。9 . 黑板 :用来记录系统的运行过程 ,存放 各个功能模块的中间运行结果 、数据或状态 , 同时使各