利用高速動(dòng)平衡解決200 MW發(fā)電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題

譚 禹，于 雷

(沙角A電廠，廣東 東莞 523000)

利用高速動(dòng)平衡解決200 MW發(fā)電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題

譚 禹，于 雷

(沙角A電廠，廣東 東莞 523000)

沙角A電廠由于#1機(jī)發(fā)電機(jī)軸頸磨損嚴(yán)重，對(duì)軸頸進(jìn)行了車(chē)削。機(jī)組投運(yùn)后存在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時(shí)瓦振報(bào)警、額定轉(zhuǎn)速下軸振報(bào)警的情況，結(jié)合實(shí)際情況制定了針對(duì)性的消振措施，處理后機(jī)組振動(dòng)達(dá)到了優(yōu)秀水平。

發(fā)電機(jī)；軸振；瓦振；高速動(dòng)平衡

0 引言

沙角A電廠#1機(jī)組系哈爾濱汽輪機(jī)制造的200 MW機(jī)組，1987年4月投產(chǎn)。2010年2月小修期間，對(duì)發(fā)電機(jī)#6、#7瓦軸頸磨損進(jìn)行了車(chē)削處理，機(jī)組投運(yùn)后存在發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速下瓦振達(dá)到跳機(jī)值、額定轉(zhuǎn)速下軸振超過(guò)報(bào)警值的情況，同時(shí)也對(duì)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子#8瓦的振動(dòng)造成了較大的影響。2013年12月大修期間，針對(duì)#1機(jī)發(fā)電機(jī)振動(dòng)的原因進(jìn)行了全面、詳細(xì)的分析，并結(jié)合動(dòng)平衡的特點(diǎn)選擇返廠進(jìn)行高速動(dòng)平衡消振處理，機(jī)組投運(yùn)后振動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀值。

1 發(fā)電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的概況

2010年2月小修期間，對(duì)發(fā)電機(jī)#6、#7瓦軸頸磨損進(jìn)行了車(chē)削處理，由于各種原因，車(chē)削后軸頸精度較差，表1為#1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2010年小修后啟動(dòng)軸系振動(dòng)值，主要有如下問(wèn)題：

1)升速過(guò)程中，發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速(1 120～1 260 r/min)下，#6、#7瓦最大振幅分別達(dá)54 μm、102 μm(廠家規(guī)定，瓦振為0.05 mm的報(bào)警，0.10 mm的建議打閘停機(jī))；

2)額定轉(zhuǎn)速(3 000 r/min)時(shí)，#6瓦軸振172 μm、#7瓦軸振為135 μm(廠家規(guī)定，軸振0.125 mm為報(bào)警值、0.20 mm時(shí)建議打閘停機(jī))。

表1 #1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2010年小修后啟動(dòng)軸系振動(dòng)值(X：水平；Y：垂直)

2 振動(dòng)的原因分析及消振措施

2.1 臨界轉(zhuǎn)速下#6、#7瓦振動(dòng)大

這是由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子車(chē)削后軸頸偏心，引起轉(zhuǎn)子較大的一階不平衡所致，自2010年2月小修以來(lái)，經(jīng)3次檢測(cè)臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)表明，#6、#7瓦振幅和相位都較為穩(wěn)定，可以通過(guò)加重(動(dòng)平衡)來(lái)消除。

2.2 3 000 r/min和帶負(fù)荷兩種情況下，#6、#7瓦軸振大

對(duì)國(guó)產(chǎn)200 MW機(jī)組來(lái)說(shuō)，要求各瓦軸振均小于100 μm，一般是難以達(dá)到的。目前，#6、#7瓦軸振達(dá)180～200 μm，而且是同相，它是由轉(zhuǎn)子三階振型激起的。

本次大修在轉(zhuǎn)子外伸端加重，但加重后對(duì)減小#6、#7瓦軸振無(wú)效，因此，降低這兩個(gè)瓦的軸振必須在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重。主跨內(nèi)具體的加重平衡方法為(3種情況)：

1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加一階平衡重量，在平衡臨界轉(zhuǎn)速下#6、#7瓦振動(dòng)同時(shí)，也能使3 000 r/min下振動(dòng)減?。?/p>

2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加一階平衡重量后，使3 000 r/min下#6、#7瓦軸振成反相，則在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加二階平衡重量，可以有效地平衡#6、#7瓦軸振(現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)機(jī)后，軸系高速動(dòng)平衡)；

3)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加一階平衡重量后，3 000 r/min下#6、#7瓦軸振幅值、相位無(wú)大變化，則降低#6、#7瓦軸振只能將轉(zhuǎn)子返廠或現(xiàn)場(chǎng)做動(dòng)平衡。

歷史數(shù)據(jù)反映：從#6、#7瓦軸振的數(shù)據(jù)來(lái)看，2010年2月車(chē)削發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸之前是不大的，2008年2月大修后帶195 MW負(fù)荷，#6、#7瓦X向軸振分別為140 μm、59 μm，如果減去#6瓦軸振位置的原始晃動(dòng)70 μm，實(shí)際軸振只有70 μm，也就是說(shuō)當(dāng)時(shí)#6、#7瓦軸振過(guò)大故障的具體原因，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在較大的偏心激起了轉(zhuǎn)子不平衡所致。

3 動(dòng)平衡要解決的問(wèn)題和高低速動(dòng)平衡方案對(duì)比

3.1 動(dòng)平衡要解決的問(wèn)題

基于上述分析，本次大修要通過(guò)動(dòng)平衡消除#1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因軸頸偏心造成的不平衡量。

3.2 高、低速動(dòng)平衡的比較

3.2.1 低速動(dòng)平衡

低速動(dòng)平衡是對(duì)剛性轉(zhuǎn)子或部分撓性轉(zhuǎn)子進(jìn)行最后平衡的一種方法，其目的(平衡條件)是使支撐既不承受動(dòng)態(tài)力也不產(chǎn)生振動(dòng)，即處于完全平衡狀態(tài)。一般認(rèn)為剛性轉(zhuǎn)子因離心力產(chǎn)生的動(dòng)撓度變形很小，可忽略不計(jì)，轉(zhuǎn)子可視為不產(chǎn)生變形的“剛體”；部分撓性轉(zhuǎn)子由于組裝初期經(jīng)過(guò)了適當(dāng)?shù)钠胶馓幚?，轉(zhuǎn)子軸向的各個(gè)不平衡量分布相對(duì)較小，轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)撓曲形狀及轉(zhuǎn)子振型偏心也小，在正常轉(zhuǎn)速下可認(rèn)為接近剛性轉(zhuǎn)子。

低速動(dòng)平衡適用于大型轉(zhuǎn)子返廠困難的情況下(運(yùn)輸困難、時(shí)間長(zhǎng))，可利用低速動(dòng)平衡機(jī)在大修現(xiàn)場(chǎng)完成發(fā)電機(jī)的低速動(dòng)平衡工作。經(jīng)國(guó)內(nèi)多家單位實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)低速動(dòng)平衡后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量不平衡可以予以消除。

3.2.2 高速動(dòng)平衡

當(dāng)工作轉(zhuǎn)速超過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速后，由于不平衡離心力的作用，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生撓曲變形，不僅在軸上行程內(nèi)力矩M，而且其軸線以一條空間撓曲線做振擺運(yùn)動(dòng)。

高速動(dòng)平衡的目的是使轉(zhuǎn)子在實(shí)際轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，將軸的彎曲振動(dòng)和支承動(dòng)載荷減至最小。撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，不僅要求減小軸或軸承座的振動(dòng)或動(dòng)載荷，而且要求減小轉(zhuǎn)子的撓曲變形，即要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)撓度校直。

我廠的#1機(jī)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速處于一階與二階臨界轉(zhuǎn)速之間，屬于撓性轉(zhuǎn)子。

綜合上述情況，對(duì)#1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡和高速動(dòng)平衡的方案對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 #1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡和高速動(dòng)平衡的方案對(duì)比

表2(續(xù))

4 高速動(dòng)平衡實(shí)施情況及開(kāi)機(jī)后的效果

4.1 高速動(dòng)平衡工作內(nèi)容及實(shí)施情況

2013年大修期間，將#1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子送往南京汽輪機(jī)廠進(jìn)行高速動(dòng)平衡(圖1為200 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡孔位置圖)，要求完成如下3項(xiàng)內(nèi)容：

1)#1機(jī)發(fā)電機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)定轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速值。經(jīng)測(cè)定，該轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速為1 120 r/min。

2)高速平衡校正后，轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min時(shí)，Vrms≤1.2 mm/s。第一次做好低速動(dòng)平衡后升速到3 000 r/min時(shí)的振動(dòng)情況:汽端：3.08 mm/s/124°、勵(lì)端：1.49 mm/s/143°；最終加重位置及重量：汽端：護(hù)環(huán): 7×95 g/140°；勵(lì)端：護(hù)環(huán): 5×95 g/155°；風(fēng)扇: 11×60 g/160°；本體中間：8×450 g/210°、6×450 g/330°。

3)工作轉(zhuǎn)速下的平衡測(cè)試：轉(zhuǎn)子在超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n=3 300 r/min下運(yùn)行2 min。高速動(dòng)平衡后，升速到3 000 r/min時(shí)的振動(dòng)情況:汽端：0.47 mm/s；勵(lì)端：0.89 mm/s。

3，4.鐵芯平衡孔；7.風(fēng)扇平衡孔；Ⅶ.護(hù)環(huán)平衡孔圖1 200 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡孔位置

圖2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體加重示意圖

圖2為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體加重示意圖，發(fā)電機(jī)本體加重螺栓孔位沿軸向分22個(gè)截面：第6截面210°加重450 g；第7截面210°加重450 g；第8截面210°加重450 g；330°加重450 g；第9截面210°加重450 g；330°加重450 g；第10截面210°加重450 g；330°加重450 g；第11截面 330°加重450 g；第12截面210°加重450 g；330°加重450 g；第13截面210°加重450 g；330°加重450 g；第14截面210°加重450 g。

4.2 機(jī)組開(kāi)機(jī)情況

#1機(jī)大修后，于2014年3月18日開(kāi)機(jī)，機(jī)組一次啟動(dòng)成功，發(fā)電機(jī)#6、#7瓦振動(dòng)值達(dá)到優(yōu)秀水平，見(jiàn)表3。

5 結(jié)語(yǔ)

1)該機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，振動(dòng)情況一直較好。在2010年2月小修后，突然出現(xiàn)發(fā)電機(jī)#6、#7瓦振動(dòng)大的情況，主要原因是對(duì)發(fā)電機(jī)軸頸磨損進(jìn)行了車(chē)削處理，處理后轉(zhuǎn)子的平衡情況受到了影響。

2)通過(guò)對(duì)數(shù)次機(jī)組開(kāi)機(jī)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，判定轉(zhuǎn)子存在較大的質(zhì)量不平衡量。

表3 #1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2013年大修后啟動(dòng)軸系振動(dòng)值(X：水平；Y：垂直)

3)通過(guò)對(duì)現(xiàn)行的現(xiàn)場(chǎng)低速不平衡和返廠高速動(dòng)平衡的比較，返廠高速動(dòng)平衡能夠全面、徹底地對(duì)轉(zhuǎn)子存在的質(zhì)量不平衡予以處理，且能夠模擬機(jī)組運(yùn)行的各種狀態(tài)，對(duì)處理后的效果提供保證。

4)#1機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的消振實(shí)踐，對(duì)解決同類型的振動(dòng)問(wèn)題提供了一定的參考。

[1] 柳建平.高、低速動(dòng)平衡與設(shè)備檢維修[J].中國(guó)設(shè)備工程，2002(9)：40-41.

TheSolutiontoVibrationProblemof200MWGeneratorbyUsingHigh-speedDynamicBalance

TAN Yu，et al.

(ShajiaoAPowerPlant，DongguanGuangdong523000，China)

Due to the serious wear and tear of the journal on # 1 machine generator in Shajiao A power plant，the turning has been made to the journal.After the unit is put into operation，the tile vibration alarm and the shaft vibration alarm at rated speed are given at the critical speed of the generator rotor.In this paper，the specific vibration control measures are formulated according to the actual situation.After the treatment，the vibration of the unit reaches the excellent level.

generator；shaft vibration；tile vibration；high speed dynamic balance

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.018

2017-05-27

譚禹(1983-)，男(漢)，湖北秭歸，工程師 主要研究汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的點(diǎn)檢定修。

TM31

A

1009-8984(2017)03-0076-04