N330 MW汽輪發(fā)電機(jī)組4#軸承振動(dòng)原因分析及處理

盧建中，潘世漢，孫 暉，陳曉勇

(浙江臺(tái)州發(fā)電廠設(shè)備部，浙江 臺(tái)州 318016)

浙江臺(tái)州電廠7#機(jī)組系北京重型電機(jī)廠－法國阿爾斯通公司合作生產(chǎn)的N330 MW汽輪發(fā)電機(jī)組.2#對(duì)輪(即靠背輪)位于中壓缸后4#軸承與低壓缸前5#軸承之間.7#汽輪機(jī)自1996年投產(chǎn)以來，4#軸瓦一直不定期出現(xiàn)振動(dòng)較大的現(xiàn)象，啟動(dòng)中，有時(shí)在維持3 000 r/min時(shí)，4#和3#軸承振動(dòng)會(huì)緩慢爬升，經(jīng)多次拍車、沖轉(zhuǎn)，幅值會(huì)衰減，原因不明.2009年12月7#機(jī)組第3次大修后首次啟動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)振幅較大，在3 000 r/min時(shí)，4#軸瓦振動(dòng)X/Y方向?yàn)?5 μm/68 μm，機(jī)組帶滿負(fù)荷時(shí)振幅進(jìn)一步增加，X/Y方向?yàn)?175 μm/100 μm.對(duì)2#對(duì)輪螺絲緊力及4#軸瓦進(jìn)行解體檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷.當(dāng)啟機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，X/Y方向上 3#軸承振動(dòng)為 50 μm/33 μm，4#軸承振動(dòng)為 95 μm/68 μm，但在滿負(fù)荷時(shí)，4#軸承振動(dòng)為121 μm/92 μm，而且很不穩(wěn)定(正常運(yùn)行時(shí)軸承振動(dòng)要求小于40 μm，高限為130 μm，跳閘為180 μm).根據(jù)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，此時(shí)X方向油膜厚度增加到0.189～0.190 mm，自動(dòng)診斷結(jié)論是因油膜太厚引起振幅增加.為了減小振幅，2011年1月7#機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，對(duì)2#對(duì)輪螺孔及4#軸瓦再次進(jìn)行全面解體檢查.

1 振動(dòng)原因分析

1.1 主要原因

對(duì)輪螺孔存在缺陷是引發(fā)振動(dòng)的主要原因.7#機(jī)組4#軸瓦在大修前不定期出現(xiàn)振動(dòng)較大情況，大修之后振動(dòng)穩(wěn)定，但仍然較大，最高時(shí)可達(dá)125 μm，且隨負(fù)載提高而變大，各軸承振動(dòng)情況見表1.

表1 各軸承振動(dòng)情況

初步判斷靠背輪連接可能存在滑移現(xiàn)象.同時(shí)浙江電力試驗(yàn)研究所專家進(jìn)一步分析認(rèn)為，2#對(duì)輪(即中低轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器)螺孔存在一定缺陷，且基本確定為基建安裝遺留問題.另外，鑒于4#軸承溫度在60℃左右，而5#軸承溫度卻為90℃，故認(rèn)為4#軸承存在輕載現(xiàn)象.為了驗(yàn)證這一分析的正確性，在2#對(duì)輪螺栓解體前，先進(jìn)行對(duì)輪同心度和晃度的復(fù)測(cè)(2#對(duì)輪共有8個(gè)聯(lián)接螺栓).為了測(cè)量對(duì)輪不同角度的同心度，在兩半對(duì)輪下面分別安裝兩個(gè)百分表，如圖1所示.圖1中，A為電機(jī)側(cè)對(duì)輪對(duì)應(yīng)的百分表指示值，B為汽機(jī)側(cè)對(duì)輪對(duì)應(yīng)的百分表指示值，A-B為同心程度偏差值，每轉(zhuǎn)45°分別記錄A值和B值.

表2為對(duì)輪同心度各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試值.由表2可知，同心度偏差最大為0.16 mm，電機(jī)A側(cè)對(duì)輪晃度最大為0.13 mm，汽機(jī)B側(cè)對(duì)輪晃度最大值為0.10 mm，超標(biāo)較嚴(yán)重(標(biāo)準(zhǔn)要求為≤0.02 mm).同時(shí)，檢修前的B值均小于A值，表明4#瓦軸承對(duì)輪的中心位置均高于5#瓦軸承對(duì)輪中心位置，即靜態(tài)時(shí)的A側(cè)對(duì)輪在自重作用下始終偏下，此時(shí)4#和5#軸承溫度不僅出現(xiàn)較大偏差，而且對(duì)輪螺栓受力狀況也不甚理想.

圖1 對(duì)輪同心度測(cè)試

表2 同心度測(cè)試數(shù)據(jù) mm

從表2還可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，除1#和2#螺孔外，其他3#～8#螺孔均存在不同程度的同心度偏大現(xiàn)象.在剛經(jīng)過大修且同心度檢測(cè)均合格的情況下，短短幾個(gè)月內(nèi)竟然出現(xiàn)這么明顯的超標(biāo)現(xiàn)象，表明不是對(duì)輪螺栓緊力不到位，就是螺孔有問題.因此，我們?cè)趯?duì)輪螺栓全部拆卸后，先將2#對(duì)輪同心度及晃度均調(diào)整至0.02 mm范圍內(nèi)，然后對(duì)各螺孔內(nèi)徑進(jìn)行全面檢測(cè).結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)輪的開口錐形套筒(或稱對(duì)輪銷子)與螺孔之間的配合尺寸明顯有問題，其中2#螺孔超標(biāo)最嚴(yán)重，內(nèi)徑為61.15 mm/61.09 mm，而原開口錐形套筒外徑為60.00 mm.8個(gè)螺栓中實(shí)際上只有4個(gè)螺栓真正在起作用.開口錐形套筒外形及加工尺寸如圖2所示.各對(duì)輪螺孔配合尺寸如表3所示.

在沖轉(zhuǎn)空負(fù)荷時(shí)，對(duì)輪傳遞的扭矩很小，故振動(dòng)良好，但在帶負(fù)荷情況下，振動(dòng)會(huì)隨負(fù)載的提高而增大，說明在帶負(fù)荷狀態(tài)下，對(duì)輪扭矩增大，在開口錐形套筒與螺孔匹配不良的情況下，即使螺栓緊力足夠，但兩半對(duì)輪仍然會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，使張口產(chǎn)生變化或嚴(yán)重不對(duì)中，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生跳動(dòng)，這與先前的判斷和分析是一致的.

圖2 開口錐形套筒外形及加工尺寸

表3 對(duì)輪螺孔內(nèi)徑測(cè)量

1.2 其他因素

在線監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)的反饋意見為:由于X方向油膜厚度較大(0.185～0.190 mm)，引起 X方向振幅增加，建議將X方向所對(duì)應(yīng)的軸瓦下面的墊鐵厚度增加 0.06 ～0.08 mm［1］.但是在復(fù)測(cè)2#對(duì)輪中心時(shí)，發(fā)現(xiàn)該中心是符合標(biāo)準(zhǔn)的，即左右圓周為0.02 mm，右張口為 0.015 mm;上下圓周為0.02 mm，上張口為 0.01 mm.因此，該對(duì)輪中心無論張口、圓周均無超差現(xiàn)象，說明軸系中心沒有變化，可排除對(duì)輪中心不正引起振動(dòng)這一因素.檢修過程中，還針對(duì)幾個(gè)可能的原因進(jìn)行逐一排查，比如仔細(xì)檢查對(duì)輪的端面，并未發(fā)現(xiàn)毛刺等異常缺陷;重演并驗(yàn)證對(duì)輪螺栓緊固方法及檢修工序，也未發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤.

2 振動(dòng)原因的處理方法

確定對(duì)每個(gè)螺孔進(jìn)行重新絞孔，并將8個(gè)開口錐形套筒及對(duì)輪螺栓全部更換.在確認(rèn)對(duì)輪同心度偏差消除后，再進(jìn)行鉸孔，每鉸一個(gè)孔，復(fù)測(cè)一次同心度，觀察有無數(shù)值變化;4個(gè)螺孔鉸孔結(jié)束后，將4個(gè)新螺栓連接上去，再復(fù)測(cè)同心度仍在0.02 mm內(nèi);然后拆卸4個(gè)假螺栓，此時(shí)復(fù)測(cè)同心度，數(shù)值出現(xiàn)了偏差，最大為0.05 mm.我們采取一些調(diào)整手段，將對(duì)輪同心度調(diào)至0.02 mm內(nèi)，再鉸剩下的4個(gè)螺孔，最后復(fù)測(cè)同心度合格(見表2).由此表明，對(duì)轉(zhuǎn)子同心度的測(cè)量非常重要，因?yàn)橐话銠C(jī)組在確定對(duì)輪中心后，轉(zhuǎn)子的同心度也就滿足了要求，但是由于轉(zhuǎn)子自身存在輕微彎曲，以及為防止對(duì)輪螺栓聯(lián)接時(shí)對(duì)輪圓周會(huì)出現(xiàn)偏差，故一般在緊固對(duì)輪螺栓的同時(shí)還要測(cè)量調(diào)整轉(zhuǎn)子的同心度.雖然通過緊固螺栓調(diào)整了轉(zhuǎn)子同心度，但是軸承(軸系)的中心是不會(huì)變化的.這樣的調(diào)整顯然有助于減小轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)的晃度.因此，測(cè)量并調(diào)整對(duì)輪同心度，是汽輪機(jī)尋找對(duì)輪中心工作的延續(xù)與深化［2］.

從表2可以看出，檢修后，除1#螺孔外，其他B值均等于或小于A值，表明兩個(gè)對(duì)輪中心位置基本相等，說明4#和5#瓦軸頸中心位置基本一致，而且在鉸孔并調(diào)整對(duì)輪同心度后，4#軸瓦油膜厚度減小，即軸頸與軸瓦之間的油膜厚度變薄.當(dāng)滑動(dòng)軸承中充滿了潤滑油時(shí)，由于油的粘性作用，一部分油也隨軸頸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使軸頸與軸瓦間的楔形間隙內(nèi)的油壓升高，此時(shí)油膜具有一定剛度，正是這個(gè)油膜剛度支撐了轉(zhuǎn)子的徑向載荷，當(dāng)載荷增加時(shí)油膜變薄，油膜剛度增加，振幅下降［3］.

表4和表5分別為7#汽輪機(jī)檢修前后的軸振幅、油膜厚度及相位角統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［4］.

表4 7#汽輪機(jī)檢修前油膜厚度、軸振幅及相位角

表5 7#汽輪機(jī)檢修后油膜厚度 軸振幅及相位角

由表4和表5可知，4#軸瓦X方向油膜厚度由 185 μm 下降到 74 μm，而振動(dòng)幅值由 122 μm下降到47 μm.由這兩組數(shù)據(jù)可知，振幅變化與油膜厚度變化呈正比關(guān)系，油膜厚度變薄，油膜剛度增加，致使振幅下降.另外，檢修前后軸頸偏心位置不變，僅因油膜厚度和阻尼系數(shù)的變化引起的相位角的偏差很小.

在對(duì)4#軸承進(jìn)行仔細(xì)檢查時(shí)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，同時(shí)因檢修前對(duì)2#對(duì)輪中心進(jìn)行復(fù)測(cè)時(shí)均符合標(biāo)準(zhǔn)，故檢修中未對(duì)4#軸承底部墊鐵作任何調(diào)整.2011年2月，7機(jī)組沖轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)3 000 r/min 時(shí)，4#軸瓦 X/Y 方向振動(dòng)值為 50 μm/30 μm;滿負(fù)荷時(shí)，4#軸瓦 X/Y方向振動(dòng)值為45 μm/35 μm.處理后，4#軸瓦軸振下降了70μm，消除了亞倍頻21 Hz的振動(dòng).

3 結(jié)論

(1)2#對(duì)輪的開口錐形套筒與螺孔的不匹配，使對(duì)輪的扭矩及兩半對(duì)輪中心的相對(duì)位置產(chǎn)生影響.

(2)2#對(duì)輪同心度偏差引起4#軸瓦軸頸徑向位置上移，徑向載荷減小(即存在輕載現(xiàn)象)，油膜厚度增加，引起油膜剛度下降，導(dǎo)致振幅增加.通過絞孔措施消除了對(duì)輪同心度偏差，使4#軸瓦軸頸徑向位置下移，油膜厚度減小，振幅下降.

［1］葉榮學(xué)，孫偉.油膜剛度變化對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的影響［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2006(2):114-115.

［2］潘世漢，盧建中.密切爾推力軸承故障原因分析與處理措施［J］.浙江電力，2010(2):37-39.

［3］陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)［M］.北京:電力工業(yè)出版社，2000:18-96.

［4］黃其勵(lì).電力工程師手冊(cè)［M］.北京:中國電力出版社，2002:348-359.