电气百科：汽轮发电机组联轴器问题引起的振动分析案例

电气百科：汽轮发电机组联轴器问题引起的振动分析案例汽轮发电机组各转子由联轴器联接起来而形成轴系，汽轮发电机组在运行中靠联轴器螺栓或结合面的摩擦力传递扭矩。如果联轴器螺栓出现松动或失效现象，会形成新的扰动力引发异常振动，影响机组安全运行。在T程实际中，经常会碰到由联轴器螺栓松动引起的振动故障，如何对这种故障进行及时诊断，保障机组安全稳定运行是工程技术人员面临的难题。1、设备概况某厂2号机组汽轮机是北京汽轮电机有限公司引进法国阿尔斯通公司技术生产的N300—17．75／540／540型中间再热冷凝式汽轮机，发电机为东方电机股份有限公司生产的QFSN一330—2—20型汽轮发电机。汽轮机为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸双排气、凝汽式汽轮机，其高、中、低压转子均采用整锻结构，高、中压缸为双层合缸、对称布置，低压缸为对称分流双层结构，高中压转子与低压转子及发电机转子均采用刚性联轴器联接。2号机组轴系共有8个支持轴承。其中汽轮机6个，发电机2个。此外，还有1个稳定轴承，推力轴承位于高中压缸之间轴承座中间。2号机组随机配置有汽轮机监视装置，在DEH显示屏上能够监视1～8号轴承X、Y方向的轴振动。从机头向发电机方向看为逆时针，轴系临界转速(计算值)：高压转子一阶为2400r／min；中压转子一阶为2440r／min；低压转子一阶为1800r／min；发电机转子一阶为1400r／min。2、振动故障发生经过2号机组自投运以来，轴系振动一直良好。某次大修后的首次启动升速过程中，轴系各转子在全转速范围内振动较好，达到额定转速时轴系最大振动69um，定速3000r／min完成电气试验后进行了机组超速试验前的带初负荷试验，负荷带至80MW时振动与空载时的振动相比无明显变化；从80MW增加负荷时，低压转子和发电机转子振动开始出现小幅阶跃上涨，在88～185MW负荷之间，4～8号轴振共出现了4次小幅阶跃变化现象，每次阶跃变化的量值不大；机组带负荷至185MW时的轴系最大振动为85um，在该负荷下稳定运行5h振动基本稳定。机组带初负荷5h后进行了汽门严密性试验。当转速情走至870r／rain时．低压转子和发电机转子振动明显上升，低压转子5号轴振达175um，发电机转子7号轴振达152um；转速降至600r／min时7号轴振超过满量程(大于200um)，引发机组振动保护动作而使机组跳闸；机组继续惰走时，7号轴振维持在高位缓慢降低。投盘车后，6、7号轴颈晃度较启机前明显变大；连续盘车后6号轴颈处晃度为91um，7号轴颈处晃度为110um。停机后对机组进行检查发现顶轴油压对6、7号轴承晃度有影响。由于要求该机组必须尽快并网以缓解电网供电压力，决定重新启动机组。在机组启动前，调整了顶轴油压，适当降低了6、7号轴颈处晃度。机组在较低晃度下又进行了2次启动升速，因在867r／min下低压转子振动达171um，发电机转子振动达150um，第2次启动未能到达3000r／min。第3次启动机组得以定速3000r／min。在第3次启机过程中500～900r／min时振动仍然较大，各转子过临界振动不大，3000r／min振动较前次略有增加。随后进行的超速试验过程中轴系最大振动为4Y轴振95um。再次定速后机组进行了并网，正式接带负荷。在本次带负荷过程中，从125Mw开始出现振动阶跃变化现象，带负荷至250MW时轴系最大振动已达150um，且仍有上涨趋势，此时振动已危及机组安全运行。在进行了必要的振动试验后，机组停运查找原因。3、振动试验及数据分析通过启停机振动试验、带负荷试验、严密性试验、超速试验、变负荷试验及机组晃度测量，试验结果分析如下。3．1波德图分析首次启机升速波德图显示，在全转速范围内轴系振动良好，各转子过I临界振动在合格范围内，定速3000r／min振动无异常。从第1次停机降速波德图可以看出，在严密性试验的降速过程中，各转子过临界振动相比升速时没有明显变化。当转子惰走至低转速时轴系振动开始急剧上涨，尤以低压转子和发电机转子振动最为显著。以7号轴承Y向轴振为例，其降速波德图见图2，当转速惰走至1000r／min时振动开始上涨，至600r／min时振动达到220um，至盘车转速54r／min时仍有128um。机组转速惰走至500r／min以下时，通频振动与转频振动出现明显差异，其差值部分为非基频分量。第2次启动升速是在较高的晃度状态下进行的，相比第一次启动升速：在300～800r／min之间振动明显变大，过临界和定速3000r／rain振动也有所上涨，但波德图形态差别不大。第2次停机降速是在完成所有振动试验后进行的。波德图指出：各转子过临界振动相比升速时无明显变化，转速惰走至800～300r／min之间振动较升速时进一步增大，不仅7号轴振满量程，6号轴振也超过满量程。盘车转速下振动也比第1次停机时要大。3．2频谱图分析测取了典型转速下各轴振频谱。就低压转子和发电机转子而言，在额定转速下轴振频谱以1倍频为主，其它频率成份较小；在500r／rain以下的频谱图显示，6～8号轴振频谱也以1倍频为主，但有2倍频和低频成份存在。3．3带负荷振动分析机组进行了超速试验前的带初负荷试验和超速试验后的正式带负荷试验，2次带负荷试验振动特点基本一致。(1)3000r／min空载时，发电机7号轴振最大，幅值为55um，属优良水平。(2)并网带负荷至80Mw，振动变化基本稳定，幅值和相位无明显变化。(3)负荷高于80Mw时，振动出现阶跃变化。在80～185MW之间，共出现3次振动阶跃递增、1次阶跃递减。而且振动的增减无时滞，具有突升突降的特点，最大增减幅度约20～25um。(4)振动趋势图呈现台阶状。3．4变负荷振动分析变有功负荷试验数据见表1，试验表明：在无功负荷基本不变的情况下，有功负荷从230MW降至80Mw，再从80MW升至230MW，轴系振动基本不变；将负荷由230MW继续增加至250MW，振动呈阶跃小幅度上涨趋势。变无功负荷试验数据见表2，试验表明：在维持有功负荷230MW不变的情况下，无功负荷由70Mvar升至150Mvar，再由150Mvar降至80Mvar，振动无变化。通过以上分析可知，轴系阶跃振动与无功负荷无关；试验期间轴系振动与有功负荷的关系是：在提升有功负荷到一定数值时，振动便可能在该负荷点阶跃递增；负荷稳定时，振动稳定不变；降负荷时，振动没有跟随负荷的降低而变化。3．5机组晃度对比分别测取了第1次和第2次启机前盘车状态下晃度、升速至300r／min时的晃度、降速300r／min时的晃度和停机后盘车状态下晃度。大修后6、7号轴颈处原始晃度均大于70um，属偏大水平；对比2次启停机盘车转速下6、7号轴颈处晃度，停机后比启机前晃度明显变大；对比2次启停机300r／min时6、7号轴颈处晃度，停机时300r／min下6、7号轴颈处晃度均达230um以上，远超启机前晃度。4、振动原因分析在工程实际中，联轴器松动引起的振动特征主要表现为：低转速(300～400r／min)下联轴器两侧轴振测点晃度较大；联轴器松动引起的振动响应的主要成分为1X分量；当联轴器松动较为严重时，可能出现2X分量，但2X分量不能作为诊断不对中故障的充分必要条件；诱发较大的临界转速下的一阶振型响应以及工作转速下较大的同相振型分量；振动与负荷有关，在某一负荷点振动可能发生突变。因此，在振动故障诊断中，只要振动出现上述几种特征，应将联轴器松动故障作为重点排查对象。该厂2号机组6、7号轴颈处原始晃度处于偏大水平，2次启停机后出现较大变化，停机300r／min时的晃度更达到230pm以上，而且带负荷低压转子和发电机转子振动与负荷关系密切，呈现阶跃变化，故判断2号机组振动故障原因为低发对轮螺栓松动。由于2号机组大修前振动良好，机组只在大修后出现振动大故障，可排除电气扰动的影响；核实低发联轴器螺孔尺寸和材质情况，可排除联轴器螺栓间隙大和螺栓强度低的影响；由此断定联轴器螺栓松动的原因应为联轴器螺栓紧力不足。5、处理措施2号机组停机以后，重点检查了低发对轮情况，发现低发联轴器螺栓全部处于松动状态。分析问题产生的原因为：在本次大修中，由于检修人员对低发联轴器结构不熟悉，将联轴器螺栓装反。对低发联轴器通过按图纸要求进行复装处理后，机组启动振动良好，带负荷最大振动80扯m，振动数据见表3。6、结语2号机组大修后振动是低发对轮螺栓松动引起的，低发联轴器螺栓松动原因是螺栓紧力不足。通过停机复装联轴器，加强联