15MW發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因分析與對(duì)策

葉日東

(鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207)

一、概述

浙江某石化公司熱能部發(fā)電機(jī)組由6 182r/min工業(yè)汽輪機(jī)、減速機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，機(jī)組自2008年投運(yùn)以后不久，發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)的2#軸承振動(dòng)較大，水平方向達(dá)131μm，影響了該機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行。

二、過程及故障現(xiàn)象

發(fā)電機(jī)組基本情況：發(fā)電機(jī)型號(hào)QF-W15-2；轉(zhuǎn)速為3 000r/min；軸承型式為座式滑動(dòng)軸承圓瓦；聯(lián)軸器型式為剛性對(duì)輪。

1.振動(dòng)檢測(cè)

機(jī)組于2008年初投運(yùn)以來(lái)，發(fā)電機(jī)的2#軸承水平方向有增大的趨勢(shì)，2010年2月、5月先后對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，發(fā)電機(jī)組測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示，振動(dòng)數(shù)值見表1。

檢測(cè)結(jié)果顯示：兩端工頻均很明顯，而且50Hz頻率時(shí)，在齒輪箱兩軸與之相鄰的3#、4#軸承上也表現(xiàn)最突出，大齒輪和小齒輪用加速度探頭測(cè)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)，均以50Hz為最大峰值，次高峰是102Hz，分別是輸出、輸入軸的工頻。50Hz的幅值高并不一定是大齒輪動(dòng)平衡有問題，可能是受發(fā)電機(jī)振動(dòng)影響，由于數(shù)值尚可，可以認(rèn)為齒輪箱工作還是正常的。

圖1 發(fā)電機(jī)組測(cè)點(diǎn)分布圖

表1 軸承振動(dòng)

2.原因分析

該機(jī)組安裝后原始資料未保存，無(wú)法查證機(jī)組裝置的基礎(chǔ)資料，機(jī)組為連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)健設(shè)備，不能停機(jī)檢查，因此從頻譜和運(yùn)行情況加以分析。

(1)觀察發(fā)電機(jī)負(fù)載與振動(dòng)幅值的關(guān)系，從4 700kW至10 000kW間，振動(dòng)值無(wú)明顯變化，兩端工頻均很明顯，可確定發(fā)電機(jī)振動(dòng)與負(fù)荷無(wú)關(guān)。如表1所示，近半年內(nèi)振動(dòng)從101μm升至131μm，振動(dòng)主要分量也是工頻，幅值隨負(fù)荷變化不大，齒輪箱振動(dòng)隨負(fù)荷下降有所降低。試驗(yàn)降低潤(rùn)滑油入口溫度3℃，2#軸承振動(dòng)無(wú)變化，可排除轉(zhuǎn)子內(nèi)件松動(dòng)的可能，初步判斷，認(rèn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡可能性最大。

(2)目前發(fā)電機(jī)振動(dòng)較以前有增加趨勢(shì)(近半年內(nèi)原工頻值98.8μm，現(xiàn)130μm)，因此認(rèn)為發(fā)電機(jī)有必要做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，計(jì)劃在2010年5月底裝置停工檢修前進(jìn)行。

三、措施

2010年6月9日夜間發(fā)電機(jī)大修后做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，在前后兩端分別加重300g，一臨界時(shí)(1 408r/min)的振動(dòng)明顯下降，電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)2#號(hào)軸承座振動(dòng)從2.24mm/s下降至0.71mm/s，但3 000r/min時(shí)軸振動(dòng)下降不明顯。6月11日機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行，DCS上看，空負(fù)荷時(shí)最大振動(dòng)為2#軸承的75μm；帶上負(fù)荷后，振動(dòng)略有下降，到7 700kW左右時(shí)為64μm(大齒輪嚙合力向下)；從軸承座上測(cè)量振動(dòng)速度，發(fā)現(xiàn)最大振動(dòng)為電機(jī)軸向2.98mm/s，是工頻的2.5倍左右，三倍頻也較明顯，較檢修前有所增加。

從圖2可見二倍頻較高，可斷定為聯(lián)軸器角向不對(duì)中引起，但其數(shù)值尚好，在合格范圍(4.5mm/s)內(nèi)，結(jié)合停機(jī)時(shí)對(duì)中復(fù)測(cè)的情況，因?yàn)闆]有對(duì)中原始標(biāo)準(zhǔn)，且兩電機(jī)軸承上瓦均有龜裂現(xiàn)象，檢修時(shí)有意提高了電機(jī)的中心約0.1mm?？紤]齒輪箱在透平側(cè)的熱輻射明顯高于電機(jī)側(cè)，冷態(tài)找正時(shí)應(yīng)該有一定的上開口；大小齒輪軸均是靠電機(jī)側(cè)振動(dòng)較大，這在檢修前后未變，主要與該側(cè)為剛性聯(lián)軸器有關(guān)；振動(dòng)第二的是電機(jī)前瓦水平方向，為1.77mm/s，除工頻外，二倍頻明顯，其他各處振動(dòng)均好，且小于歷史數(shù)據(jù)，據(jù)此判斷聯(lián)軸器存在角向不對(duì)中現(xiàn)象。

綜上所述，6月11日的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡取得了一定的效果。首先，齒輪箱振動(dòng)較檢修前明顯降低。其次，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡消除了高達(dá)600g的不平衡量，有利于機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

由于裝置趨于開工中，動(dòng)平衡未經(jīng)熱態(tài)校驗(yàn)，機(jī)組隨即進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。從振動(dòng)的幅值看，本次動(dòng)平衡后振動(dòng)<80μm，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11348.2的要求。

四、其他問題

裝置停工后的再次啟動(dòng)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組經(jīng)過幾次開停，2#軸承的振動(dòng)有所增大，7月1日，機(jī)組經(jīng)過動(dòng)平衡后運(yùn)行20余天，負(fù)荷10MW時(shí)，DCS上電機(jī)前瓦振動(dòng)達(dá)117μm。測(cè)量軸承座上振動(dòng)速度，電機(jī)軸降到1.24mm/s，二倍頻最高，是工頻的1.6倍左右，振動(dòng)最大的電機(jī)前瓦水平方向?yàn)?.44mm/s，工頻為主，伴多倍頻，三倍頻明顯(圖3)。結(jié)合6月11日測(cè)振動(dòng)情況，判斷軸承在運(yùn)行中有自動(dòng)調(diào)整對(duì)中的趨勢(shì)，使得對(duì)中情況好轉(zhuǎn)，但同時(shí)產(chǎn)生松動(dòng)趨勢(shì)，振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。

圖3 7月1日2#軸承水平方向頻譜圖

表2 軸承振動(dòng) mm/s

觀察現(xiàn)場(chǎng)，前軸承座上下分為二體，上、下體間有間隙，0.03mm塞尺可通過。下體與底座間略有振動(dòng)差，可以通過地腳螺栓緊力消除。經(jīng)過分析認(rèn)為，軸承座松動(dòng)及軸瓦間隙是引起振動(dòng)的原因。

五、解決方案

發(fā)電機(jī)前、后端軸承型號(hào)規(guī)格相同，但軸振/座振比的差異較大，說(shuō)明發(fā)電機(jī)2#軸頸的支承剛度較低。從6月11日機(jī)組運(yùn)行后至7月1日經(jīng)歷3次停機(jī)開機(jī)，2#軸承振動(dòng)由71μm上升到117μm。軸承座上軸向振動(dòng)速度下降到1.24mm/s，二倍頻最高，是工頻的1.6倍左右。振動(dòng)最大的是電機(jī)前瓦水平方向2.44mm/s，工頻為主，伴多倍頻，三倍頻明顯。結(jié)合6月11日測(cè)振動(dòng)情況，判斷軸承在運(yùn)行中有自動(dòng)調(diào)整對(duì)中的趨勢(shì)，使得對(duì)中情況好轉(zhuǎn)，但同時(shí)產(chǎn)生松動(dòng)趨勢(shì)；如將該側(cè)瓦頂隙由檢修時(shí)的0.3mm，調(diào)整到0.25mm左右。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)2#瓦瓦背球面與瓦座的配合(緊力)為過盈0.25mm，超出規(guī)范要求，通過加墊片調(diào)整為過盈0.05mm。檢查發(fā)現(xiàn)2#瓦的上瓦瓦面巴氏合金層有較大裂紋，但未發(fā)現(xiàn)有磨痕，判斷屬瓦面巴氏合金層制造質(zhì)量問題。

振動(dòng)頻譜中以基頻分量為主，較穩(wěn)定，說(shuō)明振動(dòng)的主要激振力與旋轉(zhuǎn)同頻因素有關(guān)，不排除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡、測(cè)振軸頸處偏擺較大的可能性，應(yīng)考慮動(dòng)平衡校驗(yàn)。

停機(jī)后，如可行應(yīng)立即檢查發(fā)電機(jī)前端對(duì)輪的熱態(tài)對(duì)中情況(錯(cuò)位、張口)；待機(jī)組恢復(fù)冷態(tài)后，再次檢查發(fā)電機(jī)前端對(duì)輪的冷態(tài)對(duì)中情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可確定齒輪箱與發(fā)電機(jī)前端在垂直方向上的熱膨脹差異。

檢查軸與軸承座水平度的同步性(用水平儀)。復(fù)測(cè)對(duì)輪同心度并同時(shí)對(duì)兩軸聯(lián)接前后的跳動(dòng)進(jìn)行比較性的測(cè)量（目的：檢查兩者之間聯(lián)接件精度誤差）。

檢查下瓦體可調(diào)式瓦枕與軸承座的接觸情況和左右方位的過盈量(在瓦不受轉(zhuǎn)子重量的情況下，下瓦枕與座之間的間隙為0.03～0.05mm、受轉(zhuǎn)子重量后間隙為零）。

措施實(shí)施后情況：以上方案在2012年10月實(shí)施，機(jī)組在檢修后起動(dòng)，各工況下的機(jī)組軸振動(dòng)測(cè)量結(jié)果見表3。

表3 工況下機(jī)組軸振動(dòng)通頻幅值（峰—峰值）μm

另外，機(jī)組負(fù)荷15MW時(shí)，機(jī)組監(jiān)視屏幕顯示1#軸振2的最大振值為71μm。其測(cè)試工況為15.3MW；定子溫度最低測(cè)點(diǎn)49℃，最高測(cè)點(diǎn)55℃。

由于機(jī)組各測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)均在合格范圍，除了1#軸振2的振值在62.7μm以外，其他各測(cè)點(diǎn)的振值均小于40μm，且振動(dòng)值穩(wěn)定，基本不隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)而變化，所以沒必要做轉(zhuǎn)子熱態(tài)動(dòng)平衡。

六、結(jié)論

綜上所述，基于機(jī)組振動(dòng)測(cè)試結(jié)果而分析提出的技術(shù)方案是符合實(shí)際的；機(jī)組停機(jī)期間所做的有關(guān)檢修、調(diào)整工作有效的解決了存在的問題和隱患；機(jī)組從冷態(tài)啟動(dòng)直到帶滿負(fù)荷15MW的整個(gè)過程中，機(jī)組各測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)最大為71μm，小于80μm，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11348.2的要求。

[1]沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M].浙江大學(xué)出版社，1994.

[2]李和春.化工維修鉗工[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009.