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摘要：本文针对某电厂超超临界1000MW汽轮发电机组1号轴承在高负荷工况下，轴振波动剧烈，最大振动峰值超过200μm的故障现象进行分析、研究，并提出解决措施，取得明显效果。本文研究结论可供其它同类型机组缺陷参考。
关键词：汽轮机；振动；汽流激振；汽流扰动力
Failure Diagnosis and Treatment of Ultra-Supercritical Steam Turbine Axis Vibration
Bai hua bin
CHINA POWER INTERNATIONAL NEW ENERGY HAINAN CO.LTD
ABSTRACT：In this paper，the fault phenomenon of bearing No. 1 of ultra-supercritical 1000MW turbogenerator unit in a power plant is analyzed and studied under high load condition. The maximum vibration peak value exceeds 200 um，and the solving measures are put forward. The obvious results are obtained. The conclusions of this paper can be used for reference to other similar units.
Keywords：Steam turbine Vibration Steam induced vibration Steam flow disturbing force
前言
某厂一台1000MW汽轮发电机组，2015年投产以来，正常运行中1号轴承在高负荷工况下，其轴振波动剧烈，最大振动峰值超过200μm。对该机组发生的振动现象进行了测试，分析了故障原因，并进行了治理，取得了比较好的减振效果。
1 机组结构
该机组为超超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机，额定负荷为1000MW。汽轮机由高中压转子、低压转子Ⅰ、低压转子Ⅱ、发电机转子和励磁机短轴组成，其中发电机励磁机短轴为三支撑结构。汽轮发电机组由7个径向轴承支撑，后６个轴承均为袋式轴承。高压转子前1号轴承为可倾瓦。机组轴系布置如图1所示。机组在x和y方向上各装了一个轴振测点。
图2 高压转子振动随负荷变化趋势图
2.2振动频谱图分析
从振动频谱图（图3）可以看出，1号轴振的主要频率为基频和低频振动成分，且升负荷过程中，基频
振动和低频振动同时增大（图4）；
2.3 轴承金属温度分析
表1中看出，相比较而言，1号、2号轴承金属温度偏低，尤其是1号轴承的温度单位：℃
3振动原因分析
3.1汽流激振的故障机理
转子轴颈在轴承中以角速度ω转动时（图5），轴颈中心O1为转子的平衡位置，此时的转子载荷W与轴承油膜力P相平衡，即：W=P如果转子受到汽流扰动力作用时，轴颈中心由O1涡动至O2时，此处的轴承油膜力P’，与转子载荷W不再平衡，两者的合力为F。现把F分解为一个切向分量Ft和一个径向分量Fr，其中Fr与轴颈涡动轨迹相反，是一种弹性恢复力；Ft垂直于轴颈涡动轨迹，有推动轴颈中心涡动的趋势，称为涡动力。当涡动力等于或小于油膜阻尼力时，轴颈涡动将是相对稳定的，此时振动波动不被激发，或振动波动幅度处于可控状态；如果涡动力超过了阻尼力，则轴颈涡动轨迹是不断扩大的，此时振动波动幅度将是不可控的。
备注：为便于理解，大家可以把转子在轴承中旋转称为自转，转子围绕着静态平衡位置O1涡动称为公转。
事实上，从1、2号轴振探头间隙电压的趋势图（图6）也可以看出，在5号机组变负荷工况的过程中，高压转子的轴颈在轴承中的静态平衡位置发生了明显的变化，即升负荷过程中，高压转子受汽流扰动力的影响，其1、2号轴颈在轴承中逐渐浮起，且朝着X向轴振探头方向的浮起更为明显。这也验证了上一段关于汽流激振故障机理的相关描述。
3.2振动原因
基于5号机组的振动特征，分析振动故障的原因是1号轴承稳定性的裕度不足，在汽流力的扰动作用下，发生了油膜涡动，亦称为汽流激振。
4故障治理建议
4.1一般，现场对汽流激振故障的处理，主要有两方面的对策：
（1）增大轴承的稳定性，使轴承对转子的约束力增大，以尽量减小转子在轴承中的涡动；
（2）调整顺序阀的开启顺序，减小转子运行中的汽流扰动力（或涡动力）。
4.2 针对该5号机组高压转子的汽流激振故障特点，从提高轴承稳定性着手，进行振动治理，具体措施包括：
（1）抬轴承标高，增大轴承比压，以提高轴承油膜刚度，将1号轴承标高抬高0.15mm左右；
（2）复查1号、2号轴承的安装情况，包括：轴瓦与瓦套是否接触良好（保证接触面积75%以上，且接触均匀，保证每平方厘米2 ~3点），以保证轴瓦具有较好的自位能力；复查1、2号轴承顶隙和侧隙，重点是前后、左右间隙的均匀程度，避免出现大的偏差；在检修回装中，注意顶轴油管、进出油管的安装处理，防止接口处毛刺、漏油等。
4.4 机组检查结果
根据上述分析，制定故障处理预案，机组检修后，正常带负荷运行状态下高压转子1号轴振随负荷增加而增大的振动消失，振动一直比较稳定。
5 结论
针对某电厂汽轮发电机组上高压转子1号轴振随负荷增加而增大的振动问题进行分析、研究，发现振动是由1号轴承稳定性的裕度不足，在汽流力的扰动作用下，发生了油膜涡动是引起的。本文研究结论可供今后同类型机组故障参考。
论文作者:柏华斌
论文发表刊物:《河南电力》2018年14期
论文发表时间:2018/12/29
标签：转子论文; 轴承论文; 轴颈论文; 机组论文; 油膜论文; 负荷论文; 故障论文; 《河南电力》2018年14期论文;