600MW汽轮机组集电环振动偏大原因分析及处理

收稿日期:2008 04 01

作者简介:张 煜(1974-),男,工程师,主要从事转动机械振动监测及故障处理工作。

600M W 汽轮机组集电环振动

偏大原因分析及处理

Cause An alysis and Management on Large Vibration of 600MW

Turbo G en erator Un it Ring Header

张 煜,刘贤东,安洪坤

(神华河北国华沧东发电有限责任公司,河北 沧州 061113)

摘 要:结合汽轮发电机组集电环转子轴承在启动及运行期间出现的振动现象,从设备出厂质量、安装和调整等方面对造成振动偏大的原因进行分析和判断,并根据结论制定相应的治理措施,措施实施后减振效果显著。关键词:集电环;轴承;振动;不平衡

Abstract:Co mbining with v ibratio n pheno mena of ring header rot ator bear ing during star t up and o per atio n,v ibration cau ses are analyzed fr om the aspects o f equipment qualit y,in stallation,and adjusting.T he managements are set dow n and implement ed,vibrat ion is reduced after actualizing.

Key words:ring header;bear ing ;v ibration;imbalance;co nnec t ion

中图分类号:T M 311文献标志码:B

文章编号:1001 9898(2008)S0 0034 03

神华河北国华沧东发电有限责任公司(简称 沧东电厂 )2号机组为亚临界、600M W 、一次中间再热、抽汽凝汽式汽轮机组。机组轴系由高压转子、中压转子、低压 转子、低压 转子、发电机转子及集电环装置组成,共有11个支撑轴承和1个推力轴承。该机组在调试及运行中多次发生集电环转子轴承(即11号轴承)振动偏高的现象,在停机检修中实施了全面治理,取得良好效果。

1 概述

沧东电厂2号机组于2006年11月12日首次启动,升速过程中11号轴承的2个方向轴振平稳,在通过集电环和发电机转子的临界转速时,振动峰值分别约为100 m 和110 m,幅值和相位变化均没有大的异常。在转速达到3000r/min 稳定后,11号轴承振幅保持在45 m 左右,但在并网后,振幅随负荷的升高逐步加大,其中Y 方向较为明显,幅

值最终波动于90~107 m ,此时绝对振动(轴振与瓦振的矢量和)幅值也达到了80 m,整体虽振动合格,但超过了新机组的优良要求。

机组在2007年5月进行了停机检修,启动后11号轴承整体振动幅值均有所下降,由原来的Y 方向较高变化为X 方向较高,但运行一段时间后,仍出现了缓慢上升现象,至2007年10月,11号轴振2个方向的振动幅值分别为:X 方向110 m 左右,Y 方向75 m 左右,绝对振动84 m 左右。从10月至11月底,11号轴振在2个方向开始出现明显振荡趋势,振幅峰值呈现出向上的发散迹象,如图1

。

图1 11号轴振的发散现象

11号轴承的振动偏大,它主要由两部分振动分量组成,即转速分量和二倍频分量,并且升高过程也以二者的变化为主。

由11号轴承振动趋势可以看出:11号轴承振动的加大主要在于其一倍频和二倍频分别发生了上涨走势,导致整体振动幅值变大。其中一倍频的相位在幅值上升的同时,还出现了相位的波动和变化,说明转子受力状态发生了明显改变。

2 原因分析

2.1 原始热平衡量较大

机组在启动过程中振动较平稳,过临界期间曲线显示相位拐点清晰,2个方向轴振最大峰值为100 m 左右,且3000r/min 空负荷状态良好,振幅小于50

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m,说明集电环轴段的一阶残余不平衡量较小。但机组在并网后,振动随着负荷的增加而增大,其主要以一倍频增大为主,尤其是Y方向的一倍频成分在振动最大时更是达到了82 m,热不平衡现象明显。

振动中的一倍频变化意味着转子平衡状态在发生改变,其中包括集电环发电机转子系统平衡状况不良及其连接配合异常等方面,尤其是过程中的相位变化也说明这一点。该机组集电环发电机转子采用三支撑方式,发电机受热产生的不平衡在11号轴承振动上有更明显的反映。经观察,在带负荷期间, 9号轴承振动相对较平稳,但10号轴承振动在同期却增大约25 m,说明发电机转子在励磁侧确实存在不均衡热变形现象。由于集电环装置在形式上为发电机转子的外伸端,并负载较轻,因此11号轴振不可避免的产生了明显变化。

另外,现场检查发现集电环的风扇槽平衡面上原加重达22块,有1300多g,扇面角度接近120 。由平衡知识可知,配重质量应尽量集中,以减少安装角度过大产生的质量相互抵消和计算误差,而大量配重块说明该机组集电环发电机转子系统的原始不平衡量较大,使发电机转子运行中发生不均衡热变形情况时不平衡响应表现明显,轴承振动产生波动并增大、发散。

因此,并网后发电机转子产生不均衡热变形,集电环发电机转子系统原始热平衡量较大是造成11号轴振偏高的根本原因。

2.2 二倍频升高

二倍频升高是促使11号轴承整体振动异常的另一方面原因。通常对振动的二倍频产生影响的有以下几个原因。

2.2.1 发电机刚性异常

考察发电机的各有关测点,温度相差不大,如定子铁芯端部对称点温度、定子上下层绕组温度等,其温差均在合格范围内,同时由于2号机组投运时间较短,发电机刚性出现异常的可能性也很小。

由于在其他电厂的该型机组发生过电动机壳体振动异常的现象,故对该发电机壳体两侧振动也进行了相应的测量,测量位置见图2、测量结果见表1。

图2 发电机壳体测量位置

表1 发电机壳体两侧振动测量结果 m 时间

测量位置

123456789101112 2007 07 1310521617492410402013311 2007 08 221963189481311442918721 2007 09 2814582012403010461712712 2007 10 1116571811463316411314615 2007 11 2814552226512015401514813 由图2和表1可以看出,发电机壳体振动虽有一定的不对称情况,但并未有所发展,同时测量后可知发电机两侧轴承振动稳定,因此,11号轴承振动异常与发电机振动的不对称关联较小。

2.2.2 电磁干扰

由于没有能够测量空间电磁信号的仪器,无法对电磁干扰进行直接判断,但从振动趋势情况看,没有出现振幅瞬间的突升和突降现象,说明取样信号比较准确。另外检查了信号传输电缆的完整性,未发现存在破损现象,电缆的屏蔽效果正常,并在对探头外部用铝铂纸进行包裹进一步屏蔽后,振动信号无明显变化,因此说明不存在明显的电磁干扰现象。

2.2.3 对轮螺栓紧力下降及连接状况不良

对轮连接异常会导致对中变化,从而使振动成分中的二倍频明显,并会放大一倍频的作用。因为对于刚性转子,转轴在旋转过程中,每转180 ,处于对称位置的螺栓由于紧力不同,自身会受到交变的拉伸和压缩应力一次,作用在半联轴节上的应力也交变一次,旋转360 ,则作用力交变二次,即产生了振动中的二倍频分量,当对轮连接偏差特别明显时,将表现出存在一倍频的现象,二者共同作用最终使振动总量上升。

观察集电环轴承振动波动期间的机组运行参数,发现同期与之相关性较为突出的为集电环进风温度。即:进风温度降低,振动明显上升,反之,进风温度升高,振动下降。2007年10月21日将集电环小间内空气对流状况加以改善,提高了进风温度,11号轴承振动迅速由0.11mm减少为0.06~0.07 m m。根据集电环轴振频谱组成,观察到其振动值随进风温度的增减主要是一倍频幅值变化的结果,即进风温度影响了集电环转子的平衡状态,分析原因如下:

现场设备布置情况为集电环发电机对轮连接处跨越集电环小间外壁,即对轮两侧一半位于小间外,一半位于小间内。稳定运行时,小间内、外存在温差,当其内通风状况改变时,小间内温度变化幅度可达15 ,对轮螺栓的紧力会随螺栓伸长量变化而发

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