某联合循环机组汽轮发电机前轴承异常振动分析及处理_陈文.pdf

2023年第3期 43 摘 要：对某汽轮发电机前轴承异常振动进行了详细分析，指出转子质量不平衡是导致机组异常振动的主要原因。现场对发电机转子护环实施反对称加重后，彻底解决了该发电机前轴承异常振动问题。关键词：汽轮发电机振动故障诊断动平衡 中图分类号：TM307 文献标志码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-2807.2023.03.011 Abstract:Abnormalvibrationofthefrontbearingofaturbinegeneratorisanalyzedindetail,showingclearlythattheunbalancedrotormassisthemaincauseoftheabnormalvibrationoftheunit.Aftertheanti-symmetricweightingontothegeneratorrotorretainingringisimplementedonsite,theproblemofabnormalvibrationofthegeneratorfrontbearingiscompletelysolved.Keywords:turbinegeneratorvibrationfaultdiag-nosisdynamicbalancing某联合循环机组汽轮发电机前轴承异常振动分析及处理陈文卢双龙 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院（430077）Analysis and Treatment on Abnormal Vibration of Turbine Generator Front Bearing of a Combined Cycle UnitCHEN Wen LU ShuanglongStateGridHubeiElectricPowerCo.,Ltd.ElectricPowerResearchInstitute（430077）某热电有限公司2号燃气-蒸汽联合循环机组的蒸汽轮机为LCZ60-5.7/0.5/0.55型单缸、单轴、抽汽、供热、凝汽式汽轮机，配置QFW-60-2型发电机，励磁机型号为TFLW218-3000A。该汽轮发电机组轴系由汽轮机转子、发电机转子和励磁机转子组成，其中汽轮机转子和发电机转子各由两个径向轴瓦支撑，励磁机转子为悬臂结构。机组轴系结构如图1所示。该联合循环机组2号汽轮发电机#3轴承振动一直偏大，在带负荷过程中，#3轴承的轴振高达140 m以上，已超过该机组轴振报警值（127 m），严重影响机组安全稳定运行。本文对该发电机振动异常问题进行了详细分析，找出了故障原因，制定了振动处理方案，方案实施后取得了较好的成效。本文的分析思路和诊断方法可为同类机组振动故障处理提供参考。1 振动数据 2021年8月27日，在机组带负荷期间进行了专项振动测试。表1为56 MW负荷工况下各轴承振动数据，图2为3056 MW负荷区间#3轴承Y向轴振趋势图。从表1和图2可以看出：在带负荷过程中，#3轴承的轴振最大值为141 m，已超过振动报警值（127 m）；除#3轴承轴振外，其余轴承的轴振均小于90 m，所有轴承的瓦振均小于15 m。图1 机组轴系结构示意图表1 56MW负荷工况下振动数据（通频/工频：m/m测点#1#2#3#4轴振X向42/2221037/112170/5617989/75264轴振Y向33/1928128/13102141/1348244/32326瓦振垂直3/222014/11617/51215/3301 44 2023年第3期相位比Y向轴振工频相位大97，但#4轴承X向轴振工频相位却比Y向轴振工频相位小62，不符合转子动力学特性。（6）通过查阅TSI数据，发现该发电机转子振动自基建期间就一直偏大，且在历次起动带负荷过程中振动幅值变化不大，说明机组振动故障未发生恶化。基于该机组的振动频谱特征、振动趋势特征及专项试验结果，可以看出该机组发电机转子#3轴承轴振超标主要是由转子质量不平衡所致。2 振动原因分析 大型旋转机械振动故障原因复杂，例如：不平衡、热变形、摩擦、轴承座刚度不足、中心孔进油等，这些故障之间具有很强的相似性，故障的频谱特征也都很相似，因此仅根据频谱分析无法将故障原因进一步细化。这时就必须进行相关振动试验，分析振动与相关参数之间的关系，突出故障之间的细小差别，变负荷试验、变励磁电流试验、变真空试验和变油温试验等是最常见的振动试验，可以借助专项试验进一步挖掘并分析机组振动特征1-2。通过对该机组振动测试和专项试验数据进行分析，可以发现该机组主要有以下振动特征：（1）从图3带负荷过程中#3轴承Y向振动频谱图可以看出，#3轴承的轴振以工频分量为主，其余频率分量较小，说明该机组发生普通强迫振动，可以排除油膜振荡、轴承失稳等因素对轴系振动的影响。（2）从图2振动趋势表明，在带负荷过程中，#3轴承的轴振工频幅值和相位变化较小，可以初步排除动静摩擦对轴系振动的影响。（3）在变负荷试验过程中，发电机转子振动幅值和工频相位变化均不大，可以排除汽轮发电机对轮紧力不足、不均匀或存在位移的可能。（4）在变励磁电流试验过程中，发电机转子振动幅值和工频相位变化均不大，可以初步排除发电机转子存在匝间短路、气隙不均匀或热弯曲的可能。（5）在带负荷过程中，#3轴承X向轴振工频3 处理建议 考虑到#3轴承的轴振已超过该机组振动报警值，影响机组安全稳定运行，为此提出了如下处理建议：（1）在机组运行期间应加强对发电机振动和瓦温的监视，如果出现明显异常，应采取降低机组负荷、调整凝汽器真空等技术措施，必要时打闸停机。（2）考虑到#3轴承轴振超标主要是由转子质量不平衡所致，建议尽早进行现场高速动平衡，以降低轴系总体振动水平。（3）考虑到#3和#4轴承轴振工频相位不符合转子动力学特性，建议复核#3和#4轴承涡流传感器振动信号，确保就地轴振实际安装位置与TSI机柜通道一致。（4）利用机组停机检修的机会，复核汽轮发电机对轮中心及张口，复核#3和#4轴承轴瓦间隙，确保各安装参数满足相关标准及制造厂家要求。图2 带负荷过程中#3轴承Y向轴振趋势图图3 带负荷过程中#3轴承Y向轴振频谱图2023年第3期 45 4 振动处理措施及效果 2021年10月至11月，利用大修机会对汽轮发电机对轮中心及张口、转子弯曲度、轴承间隙等安装参数进行复核，未发现明显异常。在各转子及轴承回装过程中，各安装参数满足相关标准要求。核实#3和#4轴承涡流传感器振动信号，发现#3轴承X向和Y向涡流传感器就地实际安装位置装反了，在检修期间进行了调整。在此次大修期间，除汽轮机转子存在轻微结垢外，未发现机组本体存在其他异常。2021年11月13日，在机组大修后的首次起动过程中，在2 500 r/min之前，轴系最大轴振小于90 m，机组总体振动良好，但在之后继续升速的过程中，轴系振动却发生较大变化。从图4振动趋势图可以看出，在3 000 r/min定速过程中，发电机#3轴承轴振达到148 m，与大修前发电机振动相比变化不大，振动超标现象依然存在。可能。在定速过程中，发电机转子轴振幅值和相位变化不大，可以排除动静摩擦的影响。综上，该发电机异常振动主要由转子质量不平衡所致，与前述分析结论一致。从不平衡位置来看，该发电机振动问题可能是由发电机转子质量不平衡引起的，也可能是由励磁机转子质量不平衡导致的。在大多数情况下，不平衡位置附近的振动较大，距离不平衡位置越远，振动相对较小1。从现场结构来看，励磁机转子位于#4轴承外侧，而#4轴承轴振（85 m）相对于#3轴承轴振（148 m）较小，说明转子质量不平衡位置位于励磁机转子的可能性不大。由此可见，该机组不平衡位置在发电机转子处。从图6可以看出，在发电机转子过一阶临界转速时，#3轴承轴振最大值为70 m，说明发电机转子一阶不平衡量较小，不需要在发电机转子中部加重或在端部加对称型式的配重3。从表2可以看出，转速由2 700 r/min升至3 000 r/min的过程中，#3和#4轴承的轴振同相分量幅值和相位变化相对较小，但反相分量幅值和相位变化较大，且反相分量工频幅值和相位均随转速的增加而逐渐增大。这符合转子上存在二阶质量不平衡的振动特征，说明发电机转子存在一定的二阶质 从图5定速过程中的振动频谱图可以看出：#3轴承X向轴振信号以工频分量为主，而其余频率始终处于较低水平，说明发电机振动故障为普通强迫振动，可以排除轴承失稳导致振动故障的图5 定速过程中#3轴承X向轴振频谱图图4 大修后定速过程中#3轴承X向轴振趋势图表2#3X、#4X轴振升速过程中振动数据（工频：m）工况#3X#4X同相分量反相分量2700r/min911155.717919287362800r/min1021355.518424237892900r/min1151464.2185262490103000r/min1361871.0198321810317图6#3轴承X向轴振波德图 46 2023年第3期量不平衡4。因此，对于该机组在定速过程中发电机转子前轴瓦振动超标问题，可以通过在发电机转子两端实施反对称加重的形式予以解决。基于上述分析，决定对发电机转子实施现场高速动平衡，加重部位位于#3轴承侧发电机转子护环处（简称P3）和#4轴承侧发电机转子护环处（简称P4），加重形式为反对称配重。根据原始振动数据，计算出本次动平衡配重方案为P3=325g180，P4=325g0。表3为机组动平衡试验数据，图4为动平衡试验后定速过程中#3轴承轴振趋势图。从表3和图7可以看出，通过本次动平衡处理后，#3轴承轴振由148 m降至100 m，其余轴承的轴振均小于76 m，所有轴承的瓦振均小于30 m，满足机组安全稳定运行要求。通过对动平衡前后的振动数据进行分析，发现将原加重方案调整为P3=325g145、P4=325g325 后，#3和#4轴承的轴振均可降至50 m以下。考虑到发电机转子振动不大（距报警值127 m尚有一定裕度），现场没有对加重方案进一步调整。5 结语（1）该汽轮发电机前轴瓦异常振动问题主要由转子质量不平衡所致，现场通过对发电机转子实施反对称加重后，彻底解决了该机组异常振动的问题。（2）当振动信号中出现工频相位等振动特征不符合转子动力学特性时，建议及时复核就地传感器安装位置并检查测量回路的可靠性，确保振动测试信号的准确性及振动测量通道与就地实际位置的一致性。参 考 文 献1 牟法海，昃刚，吕冬梅，等 发电机不稳定振动故障的诊断与处理J 电机技术，2019（5）：43-472 巩振泉，常军燕，郑伟，等 汽轮发电机组不稳定振动的原因分析与处理J 电机技术，2022（5）：30-363 杨建刚 旋转机械振动分析与工程应用M 北京：中国电力出版社，20074 卢双龙 某汽轮发电机后轴承异常振动分析及处理J 电站系统工程，2015，31（6）：73-74（收稿日期：2023-02-13）作者简介：陈文，男，1988年，硕士，电气工程专业，高级工程师，现从事大型旋转电机调试及故障诊断工作。表3 2号汽轮发电机组动平衡试验数据（通频：m）序号工况测点#1#2#3#4备注13000r/minX672814885原始振动Y/39694223000r/minX59579863动平衡后Y48346145337.8MWX617410060Y32415638垂直1127711图7 动平衡试验后定速过程中#3轴承X向轴振趋势图参 考 文 献1 YANGBingdeng，WANGXitian，XIEDa，etal NovelCon-trolStrategyofGrid-ConnectedPhotovoltaicPowerSupplyforFrequencyRegulationJ TheJournalofEngineering，2019（16）：1488-1491.2 WUDan，TANGFen，DRAGICEVICTomislav，etal Coor-dinatedControlBasedonBu