粵電集團(tuán)廣東省韶關(guān)粵江發(fā)電有限責(zé)任公司 蔣啟東

某廠2號機(jī)組為600MW 超超臨界凝汽式發(fā)電機(jī)組，其中汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司制造的N600-25/600/600-1型超超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)（機(jī)型為660G 型）；發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限公司制造的QFSN-600-2-22B 型水氫氫冷卻的同步汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中，#1、2軸承采用可傾式軸承，＃3、4、5、6、7、8均采用橢圓形軸承。機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子、低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及9個(gè)支持軸承（含一個(gè)穩(wěn)定軸承）組成。各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)軸器連接（圖1）。

圖1 機(jī)組軸系示意簡圖

1 軸承振動大現(xiàn)象及其原因分析

1.1 #2軸承振動大

2號機(jī)組首次大修后于2016年3月16日進(jìn)行首次沖轉(zhuǎn)，采用中壓缸啟動方式?jīng)_轉(zhuǎn)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，#1、#2軸承相對軸振迅速增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min 后進(jìn)行暖機(jī)時(shí)，#1、#2軸承相對軸振仍繼續(xù)爬升，幾分鐘后2Y 測點(diǎn)振幅超過180μm，根據(jù)運(yùn)行規(guī)程運(yùn)行人員手動打閘。停機(jī)過程相關(guān)測點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速降低振動迅速減小(圖2)。從DCS 中有限的振動數(shù)據(jù)及其他啟停曲線數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，#2軸承振動大有以下振動特征：大修前高中壓轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)較好，通過其一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)振動非常??；機(jī)組維持1500r/min 轉(zhuǎn)速不變時(shí)，#1、#2軸承相對軸振仍然迅速爬升，其中2瓦軸振爬升現(xiàn)象顯著；低轉(zhuǎn)速時(shí)相關(guān)測點(diǎn)降速時(shí)振動值比升速時(shí)明顯偏大；降速至投入盤車后，機(jī)組偏心較升速前大。

圖2 啟動及停機(jī)過程趨勢圖

基于以上故障特征分析，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明[1]，可基本判斷本次升速過程首次振動故障為高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜碰磨故障，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生了暫態(tài)熱彎曲，表現(xiàn)為相關(guān)振動測點(diǎn)振幅迅速爬升?，F(xiàn)場采取的措施是進(jìn)行4小時(shí)的連續(xù)盤車，待轉(zhuǎn)子熱彎曲恢復(fù)后再重新沖轉(zhuǎn)。同時(shí)分析機(jī)組啟動過程的沖轉(zhuǎn)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)高中壓軸封供汽溫度接近310℃，高于運(yùn)行規(guī)程要求冷態(tài)開機(jī)時(shí)軸封供汽溫度為180℃～260℃的范圍，沖轉(zhuǎn)前中壓缸I 級前溫度為114℃。因此認(rèn)為高中壓缸軸封溫度偏高導(dǎo)致對應(yīng)轉(zhuǎn)子位置發(fā)生臨時(shí)熱彎曲，造成動靜間隙改變，進(jìn)而引發(fā)動靜碰摩故障。

基于以上結(jié)論，再次沖轉(zhuǎn)時(shí)將軸封溫度調(diào)整至規(guī)程范圍內(nèi)（約250℃），機(jī)組于2017年3月18日再次沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)過程順利，并于16:58成功定速。

1.2 低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承振動偏大

3月18日16:58機(jī)組首次定速之初，出現(xiàn)#5、#6、#7軸承瓦振動偏大，分別為68μm、72μm、53μm，其余測點(diǎn)振動狀況較好，隨后機(jī)組因鍋爐故障跳機(jī)。鍋爐故障恢復(fù)后機(jī)組于3月19日06:38再次沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)過程中當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到2900r/min 時(shí)，由于#6軸承瓦振超過80μm，運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求打閘停機(jī)。在現(xiàn)場#5、#6軸承蓋處采取了一些臨時(shí)支撐措施，相關(guān)測點(diǎn)瓦振振幅略有改善，機(jī)組于3月19日14:54達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，定速后#6軸承瓦振振幅仍然為77μm。

目前機(jī)組振動問題主要表現(xiàn)在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承座振動方面，其中#6軸承尤為嚴(yán)重。低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相關(guān)振動成分均以基頻分量為主，定速后各測點(diǎn)基頻振幅有一定變化，基頻相位相對穩(wěn)定。低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相對軸振均較小而軸承座振動較大，本次剛定速時(shí)5X、5Y、6X、6Y 振幅分別為56μm、31μm、51μm、46μm，而#5、#6軸承座振幅分別為65μm、77μm。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，以及參考同型機(jī)組經(jīng)驗(yàn)和本臺機(jī)組調(diào)試階段經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)研究資料[2]，診斷低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子振動故障為結(jié)構(gòu)共振。由于該機(jī)型低壓轉(zhuǎn)子軸承落在低壓缸上，而軸瓦-軸承座-低壓缸組成的支撐結(jié)構(gòu)的共振頻率接近汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率，即汽輪機(jī)運(yùn)行在其支撐結(jié)構(gòu)的共振區(qū)內(nèi)。而在該狀態(tài)下其支撐結(jié)構(gòu)的動剛度非常低，軸承座振動對于轉(zhuǎn)子激振力的響應(yīng)非常靈敏，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子很小的激振力就會造成較大的軸承座振動。且不同工況下相關(guān)測點(diǎn)振動的差別也非常大。

本次大修后超速試驗(yàn)過程測得瓦振共振頻率報(bào)告可以證實(shí)：2號機(jī)組#3～#8軸承均存在在一定程度的共振問題，即其支撐結(jié)構(gòu)共振頻率距離機(jī)組額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率較近。從本次大修后超速試驗(yàn)可看出，#3、#4軸承共振峰值為3159r/min，#5、#6軸承共振峰值為2968r/min 和3136r/min，#7、#8軸承共振峰值為3138r/min，#5、#6軸承的其中一個(gè)共振點(diǎn)距50Hz 最近，其軸承座振動故障也尤為突出。如需從根本上解決該問題，應(yīng)調(diào)整其支撐結(jié)構(gòu)的共振頻率以達(dá)到一定的避開率。而制作調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)方案需大量的前期試驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算，且需較長的檢修施工周期，目前現(xiàn)場不具備實(shí)施的可能性。而目前可采取的最有效措施就是實(shí)施現(xiàn)場高速動平衡，盡可能的降低轉(zhuǎn)子激振力。由于目前低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸振動幅值較小而軸承座振動響應(yīng)非常靈敏，這就需要現(xiàn)場動平衡各個(gè)環(huán)節(jié)均達(dá)到極高的準(zhǔn)確性，包括數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)的有效性、動平衡計(jì)算、平衡塊加工、現(xiàn)場安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)。

基于以上分析考慮，由于剛定速進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，機(jī)組工況不穩(wěn)定、振動狀態(tài)也不穩(wěn)定，振動數(shù)據(jù)也并非真實(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，在此時(shí)實(shí)施動平衡風(fēng)險(xiǎn)較大。參考相關(guān)國標(biāo)及其他同型機(jī)組經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)開會討論，以確保機(jī)組設(shè)備安全為前提，臨時(shí)將軸承座振動保護(hù)限值放寬到120μm，機(jī)組繼續(xù)相關(guān)試驗(yàn)及帶初負(fù)荷，嚴(yán)密監(jiān)測振動情況。3月19日晚帶初負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組由于其他原因跳機(jī)。03月20日0:40重新定速繼續(xù)進(jìn)行初負(fù)荷試驗(yàn)，此時(shí)軸系振動狀態(tài)較之前有所惡化并緩慢增長，于03月20日6:11#6軸承瓦振動增大至120μm，運(yùn)行人員被迫打閘停機(jī)，準(zhǔn)備實(shí)施現(xiàn)場動平衡。

2 高速動平衡處理低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承振動大

綜合機(jī)組定速運(yùn)行及相關(guān)試驗(yàn)的振動數(shù)據(jù)，#5、#6、#7軸承瓦振均偏大，此時(shí)影響機(jī)組運(yùn)行的主要矛盾是#6軸承瓦振動?？紤]的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動也不穩(wěn)定，變化量較大且其振幅也相對偏小，所以本次動平衡暫不考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，只對低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場動平衡。根據(jù)相位分析結(jié)果，低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子存在少量的二階質(zhì)量不平衡，可在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子末級葉輪平衡槽內(nèi)施加反對稱配重分量，對振動進(jìn)行改善。隨后分別于3月23日、3月25日、3月27日進(jìn)行了三次配重，其中第一次在#5瓦側(cè)加重230g ∠75°、#6瓦側(cè)加重230g ∠255°；第二次在#5瓦側(cè)加重381g ∠209°、#6瓦側(cè)加重381g ∠29°；第三次在#5側(cè)加重280g ∠76°、#6瓦側(cè)加重280∠256°。

前兩次加重后開機(jī)效果并不理想，其原因主要是機(jī)組處于不穩(wěn)定的工況下，其振動數(shù)據(jù)并非真實(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。綜合前兩次動平衡前后數(shù)據(jù)，經(jīng)重新計(jì)算后第三次加重達(dá)到理想效果，#5、#6軸承瓦振動大幅改善，動平衡前后工況均為3000r/min，其他數(shù)據(jù)分別為：5⊥ 63/16、5X 83/20、5Y 55/13、6⊥ 31/22、6X 51/14、6Y 42/20。

表1 大負(fù)荷穩(wěn)定工況下各測點(diǎn)軸振動數(shù)據(jù)（通頻，單位：μm）

綜上，2號機(jī)組大修后首次沖轉(zhuǎn)過程#2軸承首次振動故障為高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜碰摩故障，而發(fā)生動靜碰摩的原因可能與軸封供氣溫度過高有關(guān)，經(jīng)過連續(xù)盤車待轉(zhuǎn)子熱彎曲恢復(fù)后和調(diào)整好軸封溫度再重新沖轉(zhuǎn)再沒有出現(xiàn)故障。定速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承座振動偏大的原因是支撐結(jié)構(gòu)共振，通過精細(xì)現(xiàn)場動平衡大幅改善低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相關(guān)測點(diǎn)振動水平。2號機(jī)組帶額定負(fù)荷穩(wěn)定工況下各測點(diǎn)振動值列于表1，參照國標(biāo)GB/T 11348.2-2012相關(guān)條款規(guī)定，機(jī)組軸系振動均處于優(yōu)良水平，可以長期安全運(yùn)行。