北仑电厂2号机组振动故障分析与处理AnalysisandTreatmentfortheVibrationFaultsofNo．10
BearingofBeilunPowerPlantUnitTwo浙江省电力试验研究所张浩权吴文健（杭州310014）　　北仑发电厂王惠挺章建叶陈明华（宁波315800）摘要北仑电厂2号机组的10号瓦水平方向轴振动长期徘徊在120μm左右，有时高达140μm，对机组的安全构成威胁。文章对该振动故障进行了深入的分析和研究，提出了处理故障的措施并给予实施，最终消除了该故障。关键词密封瓦振动不平衡响应动平衡
AbstractThevibrationofNo．10bearinghasfluctuatedabout120μminalongperiod，evenreached140μmsometimes．Thusthesafetyoftheturb＿generatorhasbeenaffected．Thebearingvibrationfaultshavebeenanalyzedandstudied．Finally，treatmenttoeliminatethefaultshavebeengiven．
KeyWordsoilsealringvibrationresponsetoimbalancefieldbalancing1概述　　北仑电厂2号机组为法国GEC－ALSTHOM设计制造的T2．A．650．30．4．46、亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、冲动式、双背压凝汽式600MW汽轮机，水氢氢冷式发电机及空冷无刷励磁机。轴系中的各个转子间均采用刚性连接。其发电机、励磁机的支撑特点为：发电机、励磁机共两个椭圆轴承支撑，励磁机转子直接用8枚螺栓加12枚Φ55×75mm定位销与发电机端部相连，励磁机末端无支撑轴承，形成励磁机转子外伸悬臂梁结构。
　　该机组自1994年启动调试以来，一直存在发电机前后轴承振动无法稳定或振动超标的故障。法国GEC－ALSTHOM曾多次派专家来厂解决该难题，提出了在密封瓦支座两侧端面处增加注油口并引入高压油来平衡密封环的水平推力，避免或减小与轴径发生径向摩擦，减小振动的处理方案，但因系统复杂并可能带来密封瓦漏油增大等弊病而遭现场否决。
　　根据密封瓦的工作原理，对影响密封瓦工作的诸因素如密封油温、轴承支撑方式等进行了理论分析与试验验证。试验研究表明：影响10号瓦振动的因素是复杂的，是各因素影响的综合效果，其主要原因是励磁机转子不平衡响应过大及轴颈与密封瓦间存在摩擦。通过以下措施：（1）提高安装检修质量，保持励磁机转子晃度在合格范围内；（2）提高与改进密封瓦的加工精度，避免密封瓦的碰磨；（3）提高励磁机转子的平衡精度，包括考虑热态因素的现场轴系动平衡等措施的实施，使机组10号瓦振动自1998年2月起一直稳定在80μm以下运行。2振动历史2．1投产时的振动
1994年5月15日3时负荷在150MW下，发电机无功从13MVar增加至101MVar后，9号瓦振动变化很大，最大达140μm；无功调整至80MVar，振动逐渐减小。9月后机组负荷逐渐带高到300～400MW间，9、10号瓦振动出现波动，并有约3h为一周期的变化。9月23日在605MW负荷下测得10号瓦水平、垂直振动分别为122．8、91．6μm。在168h满负荷运行期间，10号瓦水平、垂直振动最高值降至116、87μm。27日进行变无功振动测量试验，机组负荷在440MW左右，功率因数从0．98变到0．85，励磁电流从1950A变到2450A，9号振动变化不大，10号瓦垂直振动从55．6μm上升到80．6μm，水平振动从80．6μm上升到109．4μm。2．21995年5月8日振动　　
当日19：55时，机组带负荷600MW运行，10号瓦水平、垂直振动分别为128、95μm；减负荷到500MW振动未变；21：00减负荷到350MW，10号瓦水平、垂直振动上升至135、100μm；当减负荷到260MW，水平、垂直振动分别达145、122μm，随即机组被迫减负荷停机。2．31997年5月小修后的振动
　　机组在小修中更换了加工错误的10号密封瓦座一副（制造厂新提供），并在密封瓦的油槽中增钻了24个Φ2．5mm的均压孔，每周12个，每瓦块上钻3个。小修后，10号瓦水平振动在70～90μm之间，运行一段时间后，振动又趋大。通过这次小修，10号瓦的周期性波动已消失。310号瓦振动特征3．1振动呈周期性变化
　　10号瓦振动不稳定，呈周期性变化，垂直振动幅值波动范围在10～100μm，水平在30～120μm内波动，相位在360°内变化，振动波动幅值与密封油温有关，变化周期约3～4h，振动频率以基频为主。3．2振动与机组负荷有关
　　振动随机组负荷的增大而增加，且主要表现随发电机无功的增大而加剧，振动频率仍以基频为主。4振动周期性变化分析与试验研究4．1密封瓦工作原理
　　密封瓦由密封瓦支座、密封环及弹簧卡圈等组成，其结构见图1。其中密封环又分为左右两个整圈，每圈由4块1／4环组成，并通过弹簧卡圈将密封环压紧在密封瓦支座端面与轴颈上。其工作原理是：油腔室内注有压力油，其油压比空侧和氢侧压力稍高，压力油沿两密封环的中间排向空侧和氢侧，当转子旋转时，密封环与轴颈之间形成油膜，从而将氢气与大气隔开，以达到防止氢气沿轴向外泄漏的目的。密封环端面开有环形油槽以减少端面摩擦力，使密封环可以在密封瓦支座内自由浮动。4．2轴颈与密封环摩擦的机理分析
　　在实际运行中，当密封环端面两侧所受的轴向力存在不平衡，且这个力所产生的摩擦力大于密封环上下活动作用力时，则密封环就会在径向浮动调整中受阻。由于密封环与转子之间间隙相当小，一旦密封环不能自行调整就会产生动静之间的摩擦。　　摩擦是一个复杂的过程。摩擦所产生的振动特征因摩擦的程度、摩擦产生的部位及摩擦的形式不同而不同。密封环与转子之间的摩擦是旋转部件与活动部件之间发生的摩擦，这种摩擦相对一般摩擦而言，其摩擦程度较轻，且为全周或连续摩擦。
　　全周或连续摩擦其产生的冲击力较小，振动波形不一定发生畸变，其频谱中所占有的高频分量较小。摩擦产生的热弯曲相当于在转子上附加了一个不平衡力，这个不平衡力与原始的不平衡力叠加后产生了一个新的不平衡力，新的不平衡力矢量随热弯曲力的矢量变化而发生周期性的变化，但其变化的幅度和热弯曲与原始不平衡力的比值有关。当热弯曲力的矢量小于原始不平衡力时，两者合成矢量变化较小，相位变化小于90°；反之，两者合成矢量变化较大，相位360°连续变化。
4．3改变密封油温试验
　　密封环与转子之间有强烈的振动偶合关系，改变密封油的温度，可改变密封环端面、径向油膜的刚度，使密封环上各作用力的平衡状态发生变化，从而改变了密封环与转子之间的动特性。提高密封油温，可降低密封油的粘度，提高密封油的流动特性，减少密封油对密封环的不平衡作用力，提高密封环的自调性，防止动静摩擦。改变密封油温度的另一个因数，即改变了动静间隙，提高密封油温可使密封环的膨胀量增大，从而增大动静间隙，使密封瓦摩擦的概率大大降低。
　　为验证密封油温对10号瓦振动的影响，进行了改变密封油温试验。试验工况：发电机负荷为500MW左右，无功基本维持在230MVar附近，改变发电机密封油温分别为51、45、42℃，每一油温稳定4h左右，观察轴系振动的变化。试验数据［1］表明：
（1）密封油温与两瓦振动成反比，油温高振动小，反之加剧；
（2）密封油温的改变主要影响10号瓦振动，这与10号瓦后励磁机的支撑方式及励磁机／发电机轴系不平衡响应过大有关；
（3）当密封油温在51℃时，10号瓦垂直、水平振动分别维持在30μm和40μm以内，相位基本不变；当油温在45℃和42℃时，该瓦振动开始波动，相位角发生连续变化，振幅最大达80～100μm，但幅值到达一定值后不再上升，而趋于稳定并开始下一周期的循环，循环周期约为3h，表现出典型的早期摩擦振动特征；在振动变化周期中，振动的最大值随油温的下降而上升，油温提高可减轻密封瓦的摩擦。5励磁机／发电机轴系不平衡响应实测的试验研究5．1励磁机／发电机轴系不平衡响应实测试验
10号瓦所发生的振动，从振动性质而言，属普通强迫振动，而主要表现为轴振大，因此可排除支承刚度问题；在排除支承刚度不足之后，应分析转轴动刚度是否正常。轴系不平衡响应（影响系数）是反映转轴动刚度是否正常的1个有效指标。为此，我们在励磁机原加重半径上加重，并实测工作转速下的9、10号瓦垂直振动影响系数，结果如表1。而水平振动的影响系数约是垂直的2倍左右。5．2励磁机／发电机轴系不平衡响应测试结果分析分析不平衡响应测试结果表明：（1）励磁机转子加重对9、10号瓦振动的影响有着显著的区别，10号瓦的影响是9号瓦的6～10倍；（2）10号瓦的数值又远远大于其它机组（见表2），且两次数据差高达一倍。据参考文献［2］介绍，对于100MW容量以上机组的影响系数如果低于表2中的数据，这些机组不但运行平稳而且在投产时现场轴系平衡比率在正常范围之内；若是表2数值的几倍，则振动不稳定和现场轴系平衡比率将显著增大。例如国产引进型300MW机组（励磁机／发电机三支承结构），在励磁机转子整流环上加重，励磁机转子加长之前工作转速下6、7号瓦影响系数较正常值高2～3倍；励磁机转子加长之后，尽管励磁机的临界转速有所降低，但6、7号瓦的影响系数仍高达300～600μm／kg，7号瓦反而有所上升，较正常值高出2～4倍。这类机组在投产时的现场动平衡比率较高，6、7号瓦振动还呈现明显的不稳定，嘉兴电厂的1、2号机组就如此。　5．3励[1][2]下一页