300_MW机组汽轮机振动故障诊断及处理_刘永生.pdf

设备管理与维修2023 2（上）0引言某电厂 300 MW 机组的配套上海 N300-16.7/538/538 型亚临界、中间再热、单轴双缸、两排汽、高中压合缸、凝汽式汽轮机1。机组励/发轴系是三支撑，为上海电机厂生产引进型 300 MW 机组，运行中振动不稳定是其通病，给机组的安全运行造成很大困扰。120182020 年转子振动运行平衡情况2018 年 2 月，A 修后首次启动，在轴系平衡过程中，汽机升速通过高中压转子临界转速时，1#瓦相对轴振已达 183 m（基频）。另外，单阀切换顺序阀运行时，1#瓦相对轴振可由原来的98 m 增至 116 m（通频），增大的主要是基频分量。2018 年 11 月，利用机组 C 修将 1#瓦顶隙减小 0.10 mm、以增加油膜刚度，然后通过在高中压转子两侧分别加重 402 g263、785 g263，整流子后端面加重 70 g225 之后，升速过程中 1#、2#瓦的轴振分别降至 90 m 和 48 m（基频），满负荷（顺序阀）运行情况下 1#瓦轴振为 118 m（通频）。2019 年 8 月，机组运行中 5#瓦水平振动有增大趋势，最大为 81 m（通频），为消除其及负荷下 1#瓦振动大问题，2020 年4 月安排 B 修。为取得轴系平衡所需的发电机转子振动热变量，B 修前测试了机组停机前的各瓦振动，300 MW 负荷下 1#瓦轴振达 168 m（通频）、5#瓦水平瓦振为 55 m（通频）。2020 年 5 月，B 修进行轴系平衡后，汽轮机定速下 1#、2#瓦轴振分别降至 48 m（通频）和 64 m（通频），5#瓦水平瓦振 19 m（通频），其他各瓦轴振均小于 90 m（通频），瓦振小于 30 m（通频）。机组加带负荷至 300 MW，在发电机无功10 MVar 下，机组各瓦轴振均小于 100 m（通频），5#瓦水平瓦振为60 m（通频），6#瓦的垂直和水平瓦振分别为 41 m（通频）和 43 m（通频），其余各瓦均小于 25 m（通频）。22021 年转子振动故障处理过程2021 年 4 月，机组 C 修后首次启动，汽轮机定速下各瓦瓦振均小于 30 m（通频）、X 方向轴振均小于 90 m（通频）。根据 2020 年 B 修前测得的发电机转子振动热变量预计，带负荷后 5#瓦水平瓦振仍会超过 50 m（通频），为此，在低/发联轴器上加重 658 g197 后启动，5#瓦水平瓦振的方向已被调整到振动热变量的反向，幅值也达到理想效果，但 4#、5#瓦垂直瓦振增大明显。为此，在低压转子两侧加重 379 g83 和 379 g263，发电机整流子后端面加重 35 g30，之后机组再次启动，4#瓦垂直瓦振由之前的 83 m（通频）下降至 15 m（通频），但 5#瓦垂直瓦振却由 50 m（通频）增大至 66 m（通频），水平瓦振增至 45 m（通频），各瓦 X 方向轴振均小于 90 m（通频），除 5#瓦外，其他各瓦垂直瓦振均小于 20 m（通频）。经过轴系平衡，5#瓦水平瓦振已达到预期效果，但垂直瓦振较大，而从低/发联轴器加重的响应看，5#瓦垂直、水平振动相互矛盾，已无调整余地，水平瓦振较 2020 年 B 修轴系平衡后已有明显减小。同时，这次发电机 RSO（Repetitive SurgeOscilloscope，重复脉冲）检测中，2020 年 B 修中发现的一个固定短路点也已经消失，即仅存一个不稳定的匝间短路点，综合上述情况，决定拆除此次轴系平衡的所有加重，复测原始振动后，为减小升速过程中 6#、7#瓦的轴振，在整流子后端面加重 70 g15。处理后汽轮机定速下各瓦轴振均小于 100 m（通频），各瓦瓦振均小于 30 m（通频），升速过程中，6#、7#瓦临界转速下 X 向振动由加重前的 96 m（基频）、113 m（基频）降低至 12 m（基频）和 22 m（基频），机组负荷 300 MW，发电机无功 90 MVar 负荷下，各瓦轴振均小于 90 m（通频）。除 5#瓦水平和 6#瓦垂直分别为 37 m（通频）和 40 m（通频）外，其他各瓦垂直、水平瓦振均小于 30 m（通频），消振效果较为满意。3振动故障原因诊断根据测试数据及检修前振动情况，对升速过程中 6#、7#瓦轴振偏大和 5#瓦带负荷后瓦振大的故障，做出如下诊断。3.1振动性质升速过程中 6#、7#瓦的轴振偏大，其主要振动分量为基频。根据定速下 5#瓦的振值和 2020 年 5 月 B 修轴系平衡后，测得该机 5#瓦的振动热变量预计，预计带负荷后 5#瓦水平会超过 50 m（通频），二者振动分量都是基频，因此从振动性质上判定是普通强迫振动2。3.2支承动刚度与激振力引起轴振大的原因有两个：一是激振力大，二是油膜刚度低。从这次 C 修的工作内容看，只是拆励/发联轴器，抽出发电机转子，并未对 6#、7#瓦轴瓦进行处理，因此轴瓦油膜刚度不会改变，引起 6#、7#瓦轴振增大的原因只能是激振力增大。300 MW 机组汽轮机振动故障诊断及处理刘永生（沙角 A 电厂，广东东莞523936）摘要：针对某电厂 300 MW 机组汽轮机出现的振动故障，从振动性质、支承动刚度与激振力等方面进行详细分析，并给出相应的处理对策。关键词：振动故障；诊断；处理方案中图分类号：TK268；TM621.3文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.45113设备管理与维修2023 2（上）根据该机多年的振动处理经验，检修中只要拆装过励/发联轴器。修后启动，升速过程中 6#、7#瓦轴振会增大，甚至因临界转速下振动大而无法定速，其原因是励/发轴系存在不平衡，即激振力增大。空负荷下，5#瓦瓦振并不大，引起带负荷后 5#瓦水平瓦振增大的原因是发电机转子存在热弯曲现象。从该机 5#瓦水平振动大的历史看，该机自 2019 年 8月以来，5#瓦水平瓦振有增大趋势，因此在 2020 年 5 月的 B 修中对发电机转子进行了 RSO 检测10，发现 2#线圈存在稳定的匝间绝缘缺陷，3#线圈存在不稳定的匝间短路故障，即该发电机转子存在匝间短路故障。而此次检修中再次对发电机转子做 RSO 检测，发现 2020 年 5 月 B 修中发现的一个固定短路点已经消失，而另一个不稳定短路点仍然存在（即发电机转子匝间短路依然存在），发电机转子匝间短路是造成转子热弯曲12的原因，转子热弯曲产生热不平衡。3.2消振对策根据上述诊断，升速过程中 6#、7#瓦轴振偏大的原因是励/发轴系存在不平衡，而引起带负荷后 5#瓦水平瓦振增大的原因是，发电机转子存在匝间短路故障引起转子热弯曲产生的热不平衡。对于上述两种故障，简单、有效的消振对策是调整轴系平衡。4轴系平衡尽管目前 5#、6#瓦水平瓦振均为 25 m（通频），但根据2020 年 5 月的发电机转子水平瓦振热变量3，二者同相，因此带负荷后 5#、6#瓦水平瓦振会增大至 60 m（通频）。轴系平衡的目的是调整定速下 5#、6#瓦水平瓦振的方向与振动热变量反相14，机组带负荷后 5#、6#瓦的水平瓦振会下降。减小 5#、6#瓦水平瓦振最有效的加重平面是在低/发联轴器15。根据该型机组现场经验，在低/发联轴器上加重 658 g197 后启动，定速下，5#瓦水平瓦振的方向已到振动热变量的反向，幅值也达到预期；6#瓦水平瓦振尽管方向没有与振动热变量方向完全相反，但幅值已降至 15 m（基频）；4#瓦垂直瓦振由加重前的 46 m（通频）升高至 67 m（通频），轴振由加重前的94 m（通频）升高至 125 m（通频），其他各瓦 X、Y 向轴振均小于 75 m（通频）。为了降低 4#瓦振动和升速过程中的 6#、7#瓦轴振，在低压转子两侧加重 379 g83 和 379 g263 的同时，在整流子后端面加重 35 g30 后启动，4#瓦垂直瓦振由加重前的 83 m（通频）下降至 15 m（通频），但 5#瓦垂直瓦振却由 38 m（通频）增大至 66 m（通频），水平瓦振增大至 45 m（通频），方向没变，其他各瓦垂直瓦振均小于 20 m（通频），各瓦 X 向轴振均小于 90 m（通频），各瓦瓦振除 5#瓦垂直为 81 m（通频）外，升速过程中，6#、7#瓦轴振均在 25 m（通频）以下。为减小升、降速过程中 6#、7#瓦轴振，在整流子后端面加重70g15 之后启动，升速过程中 6#、7#瓦临界转速下 X 向振动由加重前的 96 m（基频）、113 m（基频）降低至 12 m（基频）和 22 m（基频），定速下各瓦轴振均小于 100 m（通频），各瓦瓦振均小于 30 m（通频），升速过程中机组 4#、5#、6#、7#瓦的 X向轴振波德曲线见图 1图 4。5结论（1）经轴系平衡后启动，汽轮机定速下，各瓦瓦振均小于30 m（通频），各瓦 X 向轴振均小于 90 m（通频），但升、降速过程 6#、7#瓦轴振较大，通过在发电机整流子后端面加重后，定速下各瓦轴振均小于 100 m（通频），各瓦瓦振均小于30 m（通频），升速过程中 6#、7#瓦临界转速下 X 向振动为图 14#瓦 X 向振动曲线图 25#瓦 X 向振动曲线图 36#瓦 X 向振动曲线图 47#瓦 X 向振动曲线114设备管理与维修2023 2（上）0引言液压控制系统具有功率大、响应快、控制精度高等特点，在大中型船舶上大都采用液压装置作为舵机的动力源。液压泵组作为液压舵机的核心设备，主要由电机、液压泵和联轴器组成，其作用是输出高压油至操舵装置，驱动舵叶对外做功。电机通过联轴器向液压泵传递扭矩，如果联轴器出现松动或失效，将会引发泵组的异常振动，严重时会影响船舶的安全航行1。本文通过对某船舵机液压泵组弹性套柱销联轴器故障的分析，探究故障信号特征与故障机理间的关系，总结故障分析规律，可为船舶旋转机械的故障诊断提供参考。1监测对象与修理前监测某船舵机液压主泵由电机、液压泵和联轴器组成，其中联轴器采用弹性套柱销连接，起传递扭矩和减缓冲击的作用。据船员反映，该船舵机右主泵振动较大，并伴有异常噪声。为方便对比，技术人员对型号相同的左、右主泵都进行了振动监测，测点布置在电机自由端、输出端和泵部的输入端、自由端，每个测点分别测量水平径向（H）、垂直径向（V）和轴向（A）的振动（图 1）。表 1 给出了泵组各测点方向的振动速度有效值及泵组的整机振动烈度。由表 1 可知，右主泵振动烈度（7.28 mm/s）明显大于左主泵（3.28 mm/s），参考标准GB/T 163012008 船舶机舱辅机振动烈度的测量和评价，右主泵振动评级达到 C 级，左主泵为 B 级。进一步比较表中各数据，可发现右主泵振动较大的值主要集中在电机输出端，该测点水平径向、垂直径向和轴向振动速度有效值分别为左主泵对应测点方向的 6.6 倍、3.2 倍、4.4 倍。图 2 为右主泵输出端 3个方向的振动时域图和频谱图。分析图 2 可发现：加速度时域波形具有明显的脉冲信号，脉冲间隔为 0.039 8 s，对应于 1倍轴频 25 Hz；速度频谱图中，1 倍轴频振动分量幅值较大，并出现明显的高次谐波分量；PeakVue 频谱图中存在明显的 1 倍轴频及高次谐波分量。2维修情况与修理后监测维修人员对泵组拆检时，发现联轴器下方有掉落的橡胶碎表 1修理前各测点振动速度有效值设备名称测点H 向/（mm/s）V 向/（mm/s）A 向/（mm/s）当量烈度振动评级舵机左主泵测点 11.0712.1160.8123.28B测点 21.6142.9771.772测点 31.1432.134-测点 42.7131.7152.704舵机右主泵测点 12.4954.4061.5427.28C测点 210.656.8157.502测点 31.7083.295-测点 43.0162.5362.506舵机液压泵组弹性套柱销联轴器故障分析陈昕1，吴善跃1，王嘉志1，钱沣2（1.中国人民解放军 92957 部队，浙江舟山316000；2.中国人民解