王博磊，曹偉，牟法海，昃剛，鞏振泉

(河北冀研能源科學(xué)技術(shù)研究有限公司，石家莊 050051)

0 引言

對(duì)于大部分供熱機(jī)組來(lái)說(shuō),供熱蒸汽從供熱機(jī)組抽汽口到熱網(wǎng)加熱器之間存在著壓差能量浪費(fèi)。在供熱蒸汽自供熱機(jī)組抽汽口至熱網(wǎng)加熱器入口之間加裝超低壓小汽輪機(jī)，利用供熱蒸汽的壓差能量驅(qū)動(dòng)超低壓小汽輪機(jī)做功，供熱蒸汽經(jīng)小汽輪機(jī)做功后，排汽再進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，加熱熱網(wǎng)水用于城市供熱，從而實(shí)現(xiàn)供熱蒸汽能量的梯級(jí)利用，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

以某廠300 MW供熱機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組為例，該廠采用超低壓小汽輪機(jī)直接拖動(dòng)高壓異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)異步發(fā)電,直接與廠用電系統(tǒng)連接,發(fā)出的電量直接抵消廠用電電量。配套發(fā)電機(jī)由湘潭電機(jī)股份有限公司制造，額定功率為6 000 kW，額定電壓為6 300 V，額定電流為600 A，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，冷卻方式為1C81W。電機(jī)支承方式：電機(jī)軸瓦安裝在端蓋上。本文對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析及處理，為今后處理類似振動(dòng)問(wèn)題提供參考。

1 故障現(xiàn)象

新機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行5 d后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)前、后軸承振動(dòng)值逐漸增大，由3.6 mm/s增加到7.2 mm/s，因振動(dòng)大導(dǎo)致停機(jī)。再次啟機(jī)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)振動(dòng)值隨著負(fù)荷的增加而增大，只能降負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益。就地測(cè)量發(fā)電機(jī)振動(dòng)值：驅(qū)動(dòng)端軸承水平20 μm；垂直44 μm；軸向74 μm；非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)值：水平52 μm；垂直69 μm；軸向65 μm。

2 原因分析

為查找發(fā)電機(jī)振動(dòng)增大的原因，對(duì)該發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖1所示，從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看，發(fā)電機(jī)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承為#3軸承，非驅(qū)動(dòng)端軸承為#4軸承。分別于#3，#4軸承上布置水平振動(dòng)與垂直振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看，水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)位于右側(cè)，鑒相測(cè)點(diǎn)與水平振動(dòng)測(cè)點(diǎn)方向相同。

圖1 熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 振動(dòng)診斷分析

采用振動(dòng)分析儀SK4432五通道振動(dòng)分析儀進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量分析。發(fā)電機(jī)#3軸承垂直方向時(shí)域波形圖與頻譜圖如圖2所示，#4軸承垂直方向時(shí)域波形圖與頻譜圖如圖3所示，測(cè)得#3軸承垂直方向的BODE圖，如圖4所示，測(cè)得#4軸承垂直方向的BODE圖，如圖5所示，#3，#4軸承垂直方向振動(dòng)趨勢(shì)如圖6、圖7所示。

圖2中#3軸承垂直方向波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波，主要振動(dòng)頻率為1倍、2倍轉(zhuǎn)速頻率。圖3中#4軸承垂直方向主要以基頻為主，時(shí)域波形圖為M形狀。由圖4、圖5、圖6可以看出#3，#4軸承垂直方向振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速的增加變化不明顯，但并網(wǎng)后振動(dòng)值變化較大，且#3軸承振動(dòng)值波動(dòng)較大。

圖2 #3軸承垂直方向時(shí)域波形和頻譜

圖3 #4軸承垂直方向時(shí)域波形和頻譜

圖4 #3軸承垂直方向BODE圖(截圖)

圖5 #4軸承垂直方向BODE圖(截圖)

圖6 #3軸承垂直方向振動(dòng)趨勢(shì)(截圖)

圖7 #4軸承垂直方向振動(dòng)趨勢(shì)(截圖)

對(duì)電動(dòng)機(jī)的4個(gè)電機(jī)底腳、臺(tái)板進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，結(jié)果見表1，一般來(lái)說(shuō)，測(cè)點(diǎn)上下標(biāo)高差在100 mm以內(nèi)的2個(gè)連接部件，在連接緊固的情況下，振動(dòng)差別應(yīng)小于5 μm[1]，而該電機(jī)4個(gè)底腳與臺(tái)板之間的差別振動(dòng)隨著負(fù)荷的增大均在加大，最后差值均在20 μm以上?，F(xiàn)場(chǎng)可以觀察到找正時(shí)所添加的墊片比電機(jī)底座與臺(tái)板的接觸面面積小而且并非是完整的一塊墊片，是由幾塊拼接組成，存在虛墊。

表1 發(fā)電機(jī)底腳與臺(tái)板振動(dòng)數(shù)據(jù) μm

2.2 原因分析

軸承各溫度測(cè)點(diǎn)與回油溫度正常，同時(shí)結(jié)合振動(dòng)頻譜特征，可排除軸承存在缺陷的可能。

并網(wǎng)前后發(fā)電機(jī)振動(dòng)發(fā)生較大變化，且負(fù)荷變化后，振動(dòng)隨即變化，兩者之間沒(méi)有明顯的時(shí)間滯后，懷疑發(fā)電機(jī)存在電磁方面的故障，但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與測(cè)量，可以排除三相負(fù)載不平衡、軸向磁力中心線不對(duì)中、轉(zhuǎn)子線圈匝間短路等故障。

綜合上述分析，電機(jī)振動(dòng)具有以下特征。

(1)發(fā)電機(jī)振動(dòng)值存在一定的波動(dòng)。

(2)發(fā)電機(jī)振動(dòng)頻率主要為工作頻率，其中#3軸承存在2倍轉(zhuǎn)速頻率成分。

(3)發(fā)電機(jī)振動(dòng)值隨著轉(zhuǎn)速的增加振動(dòng)值增加不明顯，但并網(wǎng)后隨著負(fù)荷的增大振動(dòng)值增大明顯。

(4)電機(jī)底腳與臺(tái)板連接結(jié)合面處存在明顯的虛腳。

特征(2)說(shuō)明存在不平衡、不對(duì)中、彎曲等可能;特征(1)，(3)，(4)，說(shuō)明軸系存在不對(duì)中、連接松動(dòng)等問(wèn)題。

綜合發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)與頻譜分析，結(jié)合發(fā)電機(jī)地腳與臺(tái)板之間的墊片接觸面積小，并且電機(jī)軸承安裝在端蓋上的情況，可以確定熱電聯(lián)產(chǎn)電機(jī)本體部分無(wú)明顯異常，電機(jī)振動(dòng)大的原因在于存在一定程度的轉(zhuǎn)子不對(duì)中并且找正時(shí)電機(jī)地腳所采用的墊片較小且不是完整的整塊墊片，發(fā)電機(jī)底座與臺(tái)板的接觸面積小，造成發(fā)電機(jī)支承剛度差。

3 處理措施

對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組重新找正，重新制作尺寸大小合適的墊片。

找正時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

(1)測(cè)量徑向的百分表測(cè)量桿應(yīng)垂直軸線，其中心要通過(guò)軸心，徑向表讀數(shù)上下之和與左右之和應(yīng)相差不多。

(2)軸向測(cè)量應(yīng)該用兩個(gè)百分表，放在同一直徑上，并離中心距離相等，測(cè)量完后兩軸向表數(shù)據(jù)應(yīng)相同。

(3)裝好后要試轉(zhuǎn)一周，回到原來(lái)位置時(shí)，測(cè)量徑向的百分表應(yīng)復(fù)原。

(4)發(fā)電機(jī)所加墊片原則不應(yīng)超過(guò)3片，且與發(fā)電機(jī)接觸面積不應(yīng)低于80%。

(5)找正順序:先調(diào)左右后調(diào)上下，先調(diào)遠(yuǎn)的后調(diào)近的，先調(diào)面距后調(diào)圓距[2]。

經(jīng)重新找正并更換合適墊片后，發(fā)電機(jī)振動(dòng)數(shù)值合格，發(fā)電機(jī)振動(dòng)隨負(fù)荷增加而增大的缺陷消除，發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端#3軸承振動(dòng)值水平17 μm、垂直28 μm、軸向24 μm，非驅(qū)動(dòng)端#4軸承振動(dòng)值水平13 μm、垂直21 μm、軸向16 μm，發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)合格。

4 結(jié)論

采用振動(dòng)診斷技術(shù)，找到供熱聯(lián)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)振動(dòng)異常增大的故障原因，進(jìn)行針對(duì)性的處理，節(jié)約了檢修成本，縮短了檢修時(shí)間，使得設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。