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25MW汽轮机机组振动分析及处理

发表时间：2020/10/26 来源：《基层建设》2020年第18期作者：李晓峰

[导读] 摘要：25MW机组开机后，2#瓦和3#瓦振动并且振动随着负荷的增加而增大，不能正常运行。针对这一情况，对导致振动的原因进行了逐一分析。并采取了相应的处理措施，使机组稳定运行。

        河北永洋特钢集团有限公司河北邯郸 057150
        摘要：25MW机组开机后，2#瓦和3#瓦振动并且振动随着负荷的增加而增大，不能正常运行。针对这一情况，对导致振动的原因进行了逐一分析。并采取了相应的处理措施，使机组稳定运行。
        关键词：汽轮机；振动；原因分析；处理措施
        一、机组概况
        薛村煤矸石发电厂两台25MW可调抽气式汽轮发电机组，是新投产的两台130T/t煤矸石循环硫化床综合利用工程的关键设备，功率为2.5万KWh，额定转速3000r/min，1#、2＃、3＃、4#瓦装有垂直振动速度传感器，且转换为振动位移值。机组于2008年10月16日要求并网发电以来，在过临界转速和3000r/t表现都为正常.后带负荷时振动随负荷升高而增大，结合日常处理振动的经验，数次拆检没有明显效果，为确保发电生产的正常进行，厂组织有关人员进行了故障原因监测诊断分析，成功解决了机组振动故障。监测振动点布置如图1：

        图1 汽轮发电机组测点布置图
        二、机组故障的检查过程
        机组进行了多次检查发现机组1、2、3、4＃瓦瓦温正常，推力瓦瓦温略高达到75℃，1#、2#、3#瓦振动水平振幅超标，3＃瓦水平振幅值达75μm以上，各瓦垂直和轴向振动均符合要求。（如表1）
        表1 测点轴承振动值 μm

        其中2#瓦发生过两次轴瓦碾压和碎裂现象，第一次瓦温达95℃后轴瓦碾压
        和碎裂；第二次瓦温正常轴瓦也发生碾压和碎裂。如图2：

        图2 2#瓦碾压和碎裂情况
        轴系中心表现多次调整，次次都有变化的态势。机组冲转速、过临界转速、在额定3000ｒ/ｍｉｎ运行的振动值都表现正常，并网带负荷在8000-23000KW时振动值随负荷上升缓慢增大尚能接受，只要再升负荷，机组振动就明显增大，经过检查膨胀滑销，重新连接凝汽器循环水管道，重新调正轴系中心等工作后几次试车几次振动分析表现不尽相同，显然机组不能够正常运行。此时，大家才认识到这套机组振动的复杂性，决定请专家来测试诊断了。
        三、故障的诊断与分析过程
        1、信号拾取
        采用12通道诊断仪和电涡流位移传感器，结合简易手持测振仪，只用振动幅值、相位值、时基图和频谱图进行了采集。
        2、监测分析
        （1）水平频谱图分析在2#瓦频谱图上出现半倍频、倍频和二倍频的现象说明该瓦存在半速涡动【1】，（如图3 ）或多或少带有不对中问题。

        图3   2#瓦水平频谱图
        （2）1#、2#、3#瓦水平向幅值大于轴向值也表明转子对中存在问题，对于旋转机械，其不平衡故障比较严重时，信号中应有明显的以旋转频率为特征的周期成分；重大振幅中不夹带其他峰值；振动强度的大小对工作转速变化很敏感；一倍频的振幅在水平和垂直方向没有巨大差异，除非在结构上存在不对称刚性特征。通频与基频差值较大平均相差20μm以上和8000KW以下及无负荷的额定3000转速下振动不大，说明与轴系动平衡没有直接关系。
        3、专家建议
        机组存在半速涡动，消除具体措施：提高进口油温要达到40℃；减小2#瓦顶间隙实现0.22 mm；对中时对轮端面上口大至0.03mm；推力间隙控制在0.38 mm以下。开车后做轴系在线动平衡试验。
        4、处理结果
        按照专家建议采取措施严格进行拆检。试车后没有明显效果；随后就进行两次轴系动平衡。第一次轴戏平衡加重点在发电机平衡环4＃瓦侧，在定速3000转时振动就有63μm的振值出现。显然配重点选择不好。如表2
        表2 第一次配重测点轴承振动值　μm

        第二次改为3＃瓦发电机平衡槽侧配重295ｇ，在定速3000转时振值表现尚好，于是安排并网带负荷，当负荷升至12000KW时振动振动开始增大，15000KW振动值如表3：
        表3 第二次配重测点轴承振动值　μm

表中可以看出通频、基频差值较大，频谱图出现半倍频增大和2、3倍频凸显，半速涡动不仅没有减少还增加了3倍频的出现，使的对中不良更为明显，故障显得扑朔迷离，（如图4）专家称在振动测试中这种情况很少见到，显然，机组还是不能正常运行。专家也流露出为难的情绪。

        图4 3#瓦水平频谱图
        四、再次分析诊断：
        综合以上情况，针对机组出现的整个振动过程，反复回忆机组的全部检查处理过程和分析了所有收集到的振动数据。本人认为半速涡动故障是机组的主要问题，靠一般的振动处理办法已失去作用，所采取措施没有明显效果，要减小基频和通频的差值，还应继续查找其它原因，本人认真总结整个过程后从以下几个方面加以分析：
        （1）振动与转速的关系：振动变化主要发生在工作转速下，转子第一临界转速下的振动变化不大。
        （2）振动变化量：40～80μm以下，没有再大的振动值。
        （3）振动频谱；1X分量大于70％，1/2X、2X分量一般为10μm以内，3X以上分量也能观察到。图3足以表明各分量的存在。
        （4）调整轴系平衡效果：可以使机组振动暂时得到改善，平衡工作往往反复。
        （5）振动与有功负荷的关系：在某一负荷下，振动发生突变。该机组在19000KW以后就明显振动增大。
        （6）振动的历史：新机组调试中或投运不久即发生。
        （7）振动与机组运行时间的关系：振动可能在启动中发生变化，也可能在运行一段时间后发生。该机组两种现象都存在。
        （8）振动发生变化的部位：振动变化主要反映在联轴器的两个轴承上，对于与转子相连，离联轴器较远的那个轴承也有明显的反映。该机组表现都较突出。
        参考有关资料【2】发现以上八项内容正好是联轴器套装紧力不足的典型表现，加上水平频谱图和对中反复出现跑中心问题的实际情况，问题出在联轴器端的可能性非常大。
        五、再次组织检修
        本人检查时发现汽轮机和发电机对轮的敲击音有明显不同，汽轮机端钢音悦耳好听，发电机端却没有钢音，借助塞尺的检查，发现发电机端对轮内孔面与轴面之间有0.06mm的间隙，双键槽顶侧没有间隙，如图4：

        图5　发电机联轴器发现间隙处示意图
        现象说明：
        （1）对中反复出现问题，次次检查次次变化的态势是因为对轮的不稳定变化造成。
        （2）负荷到19000KW时振动突然增大是对轮突然变位所致。
        （3）严重的1/2倍频正好说明每转的变化规律。
        因而决定重新抽芯发电机转子，重新安装对轮。
        六、试车结果
        经过电机定子抽芯重新安装对轮后又组织了试车,机组冲转、过临界、并网、轻负荷、到满负荷15000KW,振动值均反映正常，通频、基频差值不超过5μm，半频和倍频振动消失，只剩主频振动显现。结果如表4、图5：显示机组振动正常，可投入运行。
        表4   试车测点轴承振动值　μm

        图6 3#瓦水平频谱图
        七、结束语
        从机组消除振动的过程来看。引起机组振动的原因相当复杂，单从对中和动平衡两个方面着手，问题没有得到解决，经过对各种现象的全面综合，认真对照各种引起振动的因素所产生的振动特征的不同，详细检查设备安装的缺陷，最终确定了导致振动的唯一因素：联轴器过赢不足。问题的症结找到了，问题的解决也就水到渠成，迎刃而解了。
        参考文献
        [1]寇惠，付润兰，原培新.故障诊断的振动理论基础[M].北京：冶金工业出版社，1989 .157—164．
        [2]丁玉兰，石来德.机械设备故障诊断技术[M].上海：上海科学技术文献出版社，1994.605—612．