大型发电机组启动过程中轴承振动的诊断与处理

大型发电机组启动过程中轴承振动的诊断与处理

韶关处理厂8号机车是由哈花汽厂生产的三通道、三排气、三凝汽机械。1985年交付。1991年,将发电机6号、7号轴瓦由三油楔瓦改为椭圆瓦。1999年,对低压缸通流部分进行改造,更换了低压部分的十五级叶片、叶轮及隔板,消除了中压转子加长轴靠背轮晃动及瓢偏大的缺陷,改造后,对轴系进行高速动平衡试验,发电机转子临界转速(1250r/min)下,6号轴瓦振动为95μm,运行一段时间后增大到135μm,机组在3000r/min定速和带负荷运行时,各轴瓦振动均小于40μm。2002年5～7月,8号机组大修,这次大修主要对DCS控制系统和DEH系统进行改造,对汽轮机转子和发电机转子以及各轴瓦进行常规检修,没有做大的改动。为了保证DCS系统改造后机组能安全、顺利地运行,有必要对轴瓦振动进行监测。1空负荷下的振动监测1.1机中各轴瓦振动2002年7月21日,8号机大修后首次启动,重点测试了在临界转速下发电机转子6号、7号轴瓦、汽轮机中压转子2号、3号轴瓦的振动以及机组在3000r/min定速时各轴瓦的振动。各轴瓦振动值见表1。从表1可以看出,机组在3000r/min定速运行时各轴瓦的振动较好,均在30μm以内,但在升速过程中,发电机转子在临界转速下6号瓦振动达128μm,7号瓦振动为119μm,偏大。1.2激振力过大引起的振动分析表1的监测结果,发电机转子在临界转速下振动过大的故障原因有以下2点:a)轴承座动刚度低轴承座动刚度包括结构刚度、共振影响、连接刚度。由于8号机投运时振动水平良好,由此可以排除共振和结构刚度的影响。在振动较大的相应转速下检测了振动较大的几个轴瓦连接刚度,结果表明,连接刚度正常,表明振动过大原因是由激振力增大所致。b)激振力过大引起稳定的普通强迫振动的激振力有转子不平衡、固定式联轴器连接的轴系同心度和平直度出现偏差、轴颈不圆等3种。轴系连接的同心度和平直度主要由两个联轴器同心度和端面垂直度决定,8号机大修前振动良好,而且这次大修检查没问题,所以轴系连接的同心度和平直度的偏差可以排除,唯一不可排除的只有发电机转子不平衡力的问题。1.3发电机转子振动a)分析故障原因后,确定消除发电机转子在临界转速下6号、7号瓦振动大的措施为调整发电机转子临界转速下的平衡问题。2002年8月2日,经计算,在发电机转子6号、7号瓦的风扇平衡槽中分别加重2030g和1633g。b)发电机转子加平衡块后重新启动,在升速过程中,发电机转子在临界转速下,6号、7号瓦的振动分别降为82μm和69μm,各个轴瓦的振动值见表2。由表2可见,加平衡块后,发电机转子在临界转速下,6号、7号瓦的振动明显降低,定速下的振动也不大,达到了预期目标。2负荷后轴承的振动误差分析2.1发电机并网、并网2002年8月5日,8号机大修后首次带负荷运行,11时55分汽轮机冲转,12时42分定速在3000r/min;12时50分发电机并网,带低负荷暖机,这时各轴瓦的振动均在35μm以内。由于这次开机是在动平衡试验合格后进行,所以没做专门的振动监测,只是根据DCS系统在线监测轴承的振动值,无法分析振动频率及振动性质。2.2第一次振动故障诊断2.2.1m后3号瓦振动2002年8月6日4时35分,机组负荷加至138MW,在转厂用电时发电机解列,负荷从138MW减到0,维持定速在3000r/min;5时08分发电机重新并网;6时50分,负荷加至120MW时,3号瓦振动增大到65μm,2号瓦振动为55μm,负荷从120MW减到11MW,振动减小,重新加负荷;14时50分,负荷加到90MW,3号瓦振动又增大到65μm,2号瓦振动为55μm,负荷从90MW减到5MW,振动值减小,然后逐步加负荷;17时55分,负荷加至77MW,3号瓦振动开始增大;18时49分,3号瓦振动达到70μm,2号瓦振动达55μm,打闸停机;18时53分,重新挂闸、升速,在3000r/min定速时,3号瓦振动又升到70μm,打闸停机,停机时中压转子临界转速下振动为125μm,停机后测量转子晃动正常。2.2.2轴向静磨拉减压8号机2号、3号轴承振动大的原因,初步分析主要由于转厂用电时发电机解列,负荷从138MW减到0,引起汽缸膨胀变化,造成轴向动静磨碰,致使轴承振动增大。停机后盘车正常、转子晃动正常,证明大轴没有弯曲,可以继续开机,并制定了相应的开机条件及注意事项。2.3号、3号瓦振动快速增长2002年8月14日中午,机组再次启动,在升速、过临界的过程中,轴承振动正常,3000r/min定速约1min,2号、3号瓦振动急剧上升,2号瓦振动达100μm,3号瓦振动达130μm,打闸停机,降到2950r/min后振动快速降下。8月14日晚上,再次冲转,在升速过程中比较顺利,各轴瓦振动正常,但转速升到3000r/min,2号、3号瓦的振动从24μm直线上升到100μm,打闸停机。2.3.1轴瓦内侧油档浮动环被破坏的油档浮动环不能装定位销2002年8月15日,检查各轴承浮动油档,发现3号轴承外侧油档浮动环磨损、变形、中分面螺栓松掉,致使浮动油档与转轴一起旋转且卡死,内侧油档浮动环松动,下油档掉下,上油档则骑在转轴上,2号轴瓦两侧油档浮动环磨损、变形严重,而且1～5号轴瓦内侧油档浮动环没装定位销,将1～5号瓦内侧油档浮动环加装定位销,修复2号、3号轴承浮动油档。2.3.2发电机再程序,活性监测根据轴承检查情况,分析认为2号、3号轴承浮动油档松动,变形后与转轴磨碰是造成2号、3号轴瓦振动大的原因,处理好后可以再开机,并做振动监测。2002年8月16日11时15分,汽轮机再次开机,12时15分发电机并网,带低负荷暖机,逐步加负荷,最高负荷达到180MW。在这次开机、升速过临界转速,3000r/min定速以及带负荷的过程中,各轴瓦的振动正常。这次开机没有出现8月7日和8月14日出现的带负荷振动大及定速下振动大的现象,似乎处理油档后,机组振动故障已经消除。2.4发电机并网和3号瓦振动上升到84m2002年8月17日,再次出现3次因2号、3号轴瓦振动突然增大而不得不打闸停机的现象。具体过程如下:17日4时31分,带负荷97MW,2号、3号瓦振动分别突然增大到84μm,100μm,打闸停机;4时41分重新挂闸,4时51分定速在3000r/min,4时56分发电机并网,逐步加负荷;15时11分,3号瓦振动急剧上升到88μm,2号瓦振动上升到67μm,打闸停机,重新挂闸、升速到3000r/min,发电机并网;16时37分,带22MW负荷运行,3号瓦振动急剧上升到76μm,2号瓦振动上升到59μm,打闸停机;16时42分,重新挂闸、升速,到3000r/min定速,3号瓦振动急剧上升到76μm,2号瓦振动上升到60μm,打闸停机。2.4.1机组振动数据无检测由于这一振动出现时,振动增大很快,为了机组的安全,振动一旦较大,运行人员就立即打闸停机,因此捕捉这一振动十分困难,尽管机组DCS上配备有振动记录图象、数据,但却不能确定振动故障的性质。经过在现场的连续监测,终于在8月17日第三次2号、3号轴瓦振动增大的过程中记录到振动的整个变化过程,并测量出引起振动增大的过程及振幅的各种频率分量。振动的增大,主要频率是1/2分量,即25Hz的振动。2.4.2故障诊断根据测试结果,可以对机组振动故障作出诊断。2.4.2.轴颈扰动应界定为轴瓦自激振动,机组振动应查2号、3号轴瓦的振动性质属于轴瓦自激振动。由于该机汽机中压转子第一临界转速约为1531r/min,高于1/2的工作转速,因此在2号、3号轴瓦上,只能产生轴瓦半速涡动。机组振动故障诊断为轴瓦自激振动,为此,应查明轴颈扰动是否过大。机组在带负荷下,2号、3号瓦轴振均在50μm以下,由此可以排除运行状态下轴颈的扰动过大引起的轴瓦失稳,即可得出半速涡动的原因是轴瓦稳定性差。该汽机轴瓦是三油楔瓦,这种轴瓦动态稳定性较差,因此用在发电机轴瓦上约有20%的机组发生了油膜振荡,为此,1990年,对发电机轴瓦的三油楔瓦全部更换为椭圆瓦,但三油楔瓦用在汽机转子上,很少发生轴瓦自激振动。2.4.2.顶隙值:2号、3号轴瓦顶隙明显偏影响轴瓦稳定性的因素,除了轴瓦载荷外,另一主要原因是轴瓦顶隙,从这次8号机大修记录中可知,2号轴瓦顶隙为0.50mm(标准为0.35～0.45mm),3号轴瓦顶隙为0.62mm(标准为0.40～0.50mm),2号、3号轴瓦顶隙明显偏大,这是8号机大修后,2号、3号轴瓦产生半速涡动的主要原因。2.4.2.轴瓦稳定性的影响经分析,可以采用以下2种消除轴瓦半速涡动的措施:a)改变轴瓦型式8号机的2号、3号轴瓦为三油楔瓦,这种轴瓦的稳定性较差,为了彻底解决轴瓦稳定性差的问题,可以将汽机转子的轴瓦改为椭圆瓦,但更换轴瓦的工作量大、时间长,最好在机组大修时进行。b)提高轴瓦稳定性三油楔轴瓦的动态稳定性较差,但用于汽机转子上,其稳定性尚可,因此在现有的轴瓦上,提高其稳定性是一种简单的消振方法。具体操作是在现有的轴瓦上,减少轴瓦的顶隙,将2号轴瓦顶隙由0.50mm减小到0.40mm,3号轴瓦顶隙由0.62mm减小到0.45mm;减小轴瓦的长径比,为此,需减小下瓦钨金的长度,但会破坏三油楔瓦的阻油边,需另外补焊阻油边,整个工作量较大;调高2号、3号瓦的标高,标高的增加,增加了轴瓦载荷,有利于轴瓦的稳定性。但由于2号、3号轴瓦钨金温度已经偏高(分别为75℃和85℃),如增加轴瓦载荷,会进一步使钨金温度升高,这一工作的工作量也很大。经比较,减小轴瓦顶隙的措施最为简单易行,所以,决定采用减小轴瓦顶隙的方法来提高轴瓦的稳定性。另外,为了降低2号、3号轴瓦的钨金温度,在减小轴瓦顶隙的同时,翻出2号、3号瓦的下瓦,检查轴颈与下瓦钨金的接触情况,如有异常,对下瓦钨金进行处理。2.4.3顶隙的前后顶隙对比测量a)确定采用减小轴瓦顶隙的方法来提高轴瓦稳定性。2002年8月19日～21日,揭开2号、3号轴瓦,用修磨轴瓦中分面的方法,减小轴瓦顶隙,分别将2号、3号轴瓦中分面磨去0.10mm和0.15mm。组装后,实际测量2号瓦的前后顶隙分别为0.39mm和0.42mm,3号瓦的前后顶隙分别为0.45mm和0.48mm。b)翻出2号、3号瓦的下瓦,发现3号瓦由于检修工艺不当(仍采用早期的检修工艺,在转子轴颈落入下瓦之前,将3号瓦下瓦抽去0.05mm的垫片),这样会使下瓦收口,下瓦钨金的接触角变大,引起轴瓦的侧隙减小,从而减小下瓦的进油量,所以,轴颈旋转时与钨金磨擦(不是干磨擦,其间还有润滑油存在)产生的热量不易被带走,引起轴瓦钨金温度升高。c)为了避免再次出现钨金温度过高的问题,对2号、3号瓦下瓦部分有磨擦痕迹处进行了少量修刮,同时改变检修工艺,3号轴瓦底部加0.05mm的垫片,在转子轴颈落入下瓦前,不再抽下瓦的垫片。2.4.4轴瓦消振结果消振对策实施后,于2002年8月22日,再次开机并测得各轴瓦的振动,见表3。由表3可见,消振措施实施后,各轴瓦的振动合格,带满负荷后,各轴瓦的振动全部在30μm以内,证明采取的消振措施是正确的、行之有