汽轮发电机组不平衡振动分析

汽轮发电机组不平衡振动分析

[摘要]汽轮发电机异常振动是一种复杂的综合性故障形式，而不平衡振动是汽轮机振动中最常见的形式。通过200mw—660mw机组多起不平衡振动事例的分析，对不平衡振动随转速、负荷等重要参数的变化规律及不平衡振动的频谱特征进行了小结，提出了不平衡振动诊断时注意的事项，为科学诊断不平衡振动故障提供了借鉴。

[关键词]振动不平衡振幅基频

中图分类号：tm311 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-235-02

0 引言

对转动机械来说，微小的振动是不可避免的，但如果机组转动中振幅比原有水平增大较多，甚至是增大到超过允许标准，就属于异常振动。异常振动既是汽轮发电机运转中缺陷、隐患的综合反映，反过来又将造成故障的进一步恶化和设备损坏，形成恶性循环。异常振动还可能造成周围设备的损坏、人员的不适和职业病的发生。准确分析判断振动类型对处理振动事故至关重要。汽轮机组振动原因虽然很多，但最常见的振动主要有不平衡引起的振动。不平衡引起的振动占到现场异常振动的80%左右。虽然随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。原始质量不平衡、转动过程中部件飞脱、转子弯曲等都会造成不平

衡振动。

1 原始不平衡

原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的

不平衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。

2004年5月，某200mw机组小修后曾发生振动随转速升高迅速增大的现象，且转速稳定时，振动也变化不大。过临界时#2轴振更是一度达到400um。但轴向振动却只有50um左右。带负荷运行中#2

轴振则稳定在180um左右。升降负荷过程中振动幅值相近。时域波形和频谱图上基频分量稳定在155um左右，是典型的初始质量不平衡振动。对汽轮机转子加重平衡后振动明显减小。最终稳定运行时在80um以下。

2 转动过程中的部件飞脱

汽轮发电机组叶片、围带、拉金以及平衡质量块转动部件发生飞脱，使原本的平衡状态发生改变，造成了质量不平衡，便引起了机组的异常振动。与其他不平衡振动不同的是振动具有突增性。振动突增至某一较高数值时，通常可以听见较大的声响。

2004年9月，某200mw机组带175mw负荷，振动突然增大，特别是#4、#5轴振更是分别增大到190um和270um。同时凝汽器水位异常升高，分析原因为转动部件飞脱打破凝汽器铜管。进行紧急停机，并对低压缸揭缸检查，检查结果低压叶片围带脱落一段，直接打破凝汽器铜管6根，最终凝汽器铜管堵管38根。

3 转子弯曲

转子发生弯曲后，由于转子质量中心的变化，原本平衡良好的转子也就发生了质量不平衡。引起转子的弯曲的原因主要有动静摩擦、热弯曲、重力弯曲，另外套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲。转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间的运行后，内应力逐渐得到释放，也会使转子产生弯曲变形。

3.1 动静摩擦

汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。动静摩擦会使转子径向局部过热膨胀而弯曲。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。碰摩常常是中间过程，大部分时候转子弯曲才是碰摩的根本原因。

2005年，某200mw机组振动一直趋高，在1400rpm中速暖机开始时，#3振幅达到130um，之后随着暖机时间的延长，振幅逐渐减小。中速暖机时间结束，#3振幅达到100um，升速过程中振幅又迅速增大。1500rpm时#3轴振达到120um。升速过临界时1713rpm #3轴振达到320um，汽机跳闸。降速过程中#2轴振最高达到400um。仔细倾听轴封及汽缸等处，未听见明显的碰摩声。

停机后转子静止时，测量大轴的晃度从原始值92um明显增加到124um。

盘车4小时后再次冲转时情况类似。中速暖机结束时振幅80um，升速过程中振幅又迅速增大。升速过临界时1807rpm#3轴振达到

320um，汽机跳闸。

之后将1400rpm中速暖机时间延长至3小时，并升速至1470rpm 继续暖机1小时，暖机结束时#3振幅60um，过临界时最大振动达到280um。

并网带负荷后#2轴振则稳定在140um到190um之间。负荷增大时振幅稍有增大。且负荷变化时，振幅变化具有迟缓性，一般在负荷变化后3—5分钟分钟振幅发生变化。

停机时，过临界时#3瓦轴振达到400um顶表。惰走时间有正常的32min减少到24min。投入盘车后大轴扰度141um，比原始值高出31um。缸温降到150℃后停止盘车，对汽缸进行揭缸检查，发现中压缸第5级叶顶围带汽封全部磨损，页顶围带磨损0.3mm，中压缸前后汽封也出现严重磨损。

2012年11月，某660mw机组小机盘车投入时，#1轴振迅速增大到69um，仔细倾听#1轴封处有轻微的碰摩声音，之后随着盘车时间的增长，#1轴振逐渐恢复到12um的正常值。

分析过程如下：该机组小机为杭汽厂引进的nk63/71型汽轮机机，小机不设真空破坏门，小机轴封间隙较小，保温也比较好。在停机后缸温下降缓慢。小机盘车4小时后停止盘车运行，此时缸温还比较高。该小机未设内缸缸温测点，盘面上显示的缸温测点实际上是外缸缸温，在小机正常运行中最高只到110℃左右，不能以此作为停盘车参考。停盘车将近6小时后再投盘车时，大轴出现轻微的热弯曲。由于轴封间隙较小，热弯曲的结果造成#1轴封处出现轻微的

动静碰摩。随着时间的推移，热弯曲逐渐减轻，同时，汽封片被磨损后碰摩现象也消失。

从上图可以看出，停机后小机盘车4小时停止盘车运行，小机盘车时间明显偏短。在较高的汽缸温度下，过早的停止盘车造成了转子的热弯曲以致引起了轻微的碰摩。

3.2 热弯曲

由于疏水不畅、暖机不充分、汽缸内进冷气冷水、汽缸保温不良、发电机转子冷却不均匀或匝间短路等都可能造成转子热弯曲。

3.2.1 疏水不畅、暖机不充分造成的热弯曲

2011年6月某600mw机组#1小机首次单转冲转蒸汽参数

0.78mpa/176.3℃，偏心14.5um，升速率300rpm/min，冲转过程在振动随转速上升，至800rpm暖机时已上升至100um以上无法稳定，继续升速，转速最高冲至1500rpm，振动大打闸。投盘车后偏心超过100um。分析认为主要是由于转子产生了暂时的热弯曲引起不平衡振动，而热弯曲原因是辅助蒸汽尽管有240℃，但其用户太少，单转小机进汽量小流通量不大，造成小机主汽门前蒸汽只有180℃左右；同时检查发现轴封疏水不畅通。经采取措施疏通轴封疏水，并投入锅炉暖风器增加辅汽流通量等措施确保小机进汽温度上升

至220℃，6月18日再次冲转，升速率300rpm/min，转速至1500rpm 暖机，振动最大不超过30um。暖机结束，设目标转速3000rpm，升速率300rpm/min，过临界转速最大56um。转速到达3000rpm，最终振动稳定在20um以下。