摘要：本文针对600MW汽轮机组常见的振动故障进行分析，研究其振动故障的诊断方法，从转子不平衡、转子不对中、动静碰磨和油膜振荡等方面介绍其振动故障的类型和原因，并提出简要的应对措施。
关键词：600MW机组汽轮机；振动；诊断
1 引言
近年来随着我国经济的飞速发展，电力能源的需求量也不断增加，为了满足现代化生产和生活的用电需求，我国在多种发电形式共同发展的前提下，不断提高发电机组的装机容量，而且新装发电机组的容量规模也在扩大，已经发展到600MW和1000MW，目前我国的主力发电机组已经进入600MW时代，但是随着发电机组容量的增加，其对制造材料和工艺、安装质量、运行环境、操作维护等的要求也相应的提高，给发电厂的安全稳定运行提出了更高的要求。汽轮机是火力发电和核能发电的重要设备，其发生故障会严重影响电厂的运行情况，而在汽轮机的常见故障中，振动故障是严重影响汽轮机稳定运行的常见故障之一，因此，采用科学的汽轮机振动故障诊断方法，采取正确的应对措施解决汽轮机振动故障，并对其振动故障进行预防，降低其振动故障概率，是提高汽轮机可靠性的重要手段。
2 600MW汽轮机组振动故障及原因分析
2.1 600MW汽轮机组的轴系布置
600MW汽轮机组的轴系布置分为四缸四排汽和三缸四排汽两种，前者通常为无刷励磁系统，，其主要有高压转子、中压转子、2个低压转子、发电机转子、励磁机转子和11个支撑轴承组成；而后者的轴承系统由高中压转子、2个低压转子、发电机转子、集电小轴的9个支撑轴承组成，是比较常见的汽轮机轴系布置方式[2]。
2.2 600MW汽轮机振动故障分析
2.2.1转子不平衡故障
造成转子质量不平衡的原因主要有以下三种：一是转子原始质量不平衡，即在转子运转之前就存在质量不平衡的问题，此问题通常是由转子设计、生产制造和安装调试、维修过程中造成的，对于新机组或者维修之后的机组，在第一次运转升速时就能表现出振动故障特征，具有较好的振动特征重复性和振动特征稳定性；二是转子运行过程中的部件松动和飞脱引起的转子不平衡，部件松动是在机组的长期运转中积累的问题，而部件飞脱则是突发性的，其原因是部件在运转中长期振动、磨损或遭到腐蚀等问题导致的，其表现出的振动故障特征具有随机性和波动性等特点；三是转子热弯曲引起的转子不平衡，转子的热弯曲通常来自于材质的热应力，或者是由于运行中汽缸进水、汽缸进冷空气、动静碰磨等，排气缸温度过高和通风道堵塞引起转子一侧温度过高也会引起转子的热弯曲，其表现出的振动故障特征是随着时间而变化，随着机组参数的提高和运行时间的增加而增大，但是只要转子没有发生永久塑性变形，在引起热弯曲的根源消除之后，振动现象也会逐渐消失[3]。
2.2.2转子不对中故障
转子不对中就是用联轴器连接起来的轴的中心线存在偏差，此问题与联轴器本身质量、安装、轴承安装中心偏斜、以及运行过程中转子弯曲、转子和轴承变形有关系，主要表现为错口不对中、张口不对中和张口错口并存不对中三种形式。转子不对中引起的振动故障特征表现为转子轴心轨迹的变化，在故障较轻微时轴心轨迹为椭圆形；故障达到中等程度时，轴心轨迹为香蕉形；而故障较为严重时，轴心轨迹为外“8”字形。
2.2.3油膜涡动和振荡故障
汽轮机的转子转动时，润滑油起到冷却和润滑的作用，并会跟着转子的转动而高速旋转形成油膜，在稳定的平衡状态，油膜的压力可以支撑转轴，但是在外界振动或其他干扰下，转子会失去稳定，油膜在旋转时会产生一个垂直于偏移方向的切应力，使得转子做涡动运动，当此切应力足够大时，会使涡动振幅增大产生剧烈的振动，这就是油膜振荡。油膜涡动是油膜振荡的前提，此时振动不明显，而转速达到一定值时，发生油膜振荡，其振动故障特征表现为特征频率为半倍频，常伴有1倍频，振动方向为径向，轴心轨迹为双环椭圆，呈花瓣形。
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2.2.4转子动静碰磨故障
随着汽轮机技术的发展，汽轮机组的容量不断增大，参数也在不断增加，对汽轮机做功的要求越来越高，汽轮机构造的精密度也不断提高，而且为了提高汽轮机的运行效率，汽轮机叶片的动静叶之间的间隙不断缩小，一旦机组发生轻微的故障就会导致叶片的动静叶之间出现碰磨现象。转子动静碰磨使转子产生的振动非常复杂，而且难以诊断，其很容易导致转子失去稳定，发生剧烈振动，严重时会导致转子发生永久的塑性变形，造成轴系的损坏，引发严重的安全事故。
转子碰磨按照摩擦的部位可以分为径向碰磨、轴向碰磨和组合碰磨，按照摩擦的程度可以分为早期碰磨、中期碰磨和晚期碰磨。动静碰磨不同的表现形式表现触点振动特征也不相同，其振动的时域波形随时间变化较大，而振动信号频谱特征表现则非常复杂，会同时包含1倍频、2倍频、3倍频、4倍频、大于5倍频的高频成分，还有（0～0.39）倍频、（0.4～0.49）倍频、半倍频、（0.51～0.99）倍频的低频成分。而振动的轴心轨迹也根据碰磨部位和程度的不同呈现不同的形状，整周碰磨故障的轴心轨迹为圆形或椭圆形；单点局部碰磨故障的轴心轨迹为内“8”字形；多点局部碰磨故障的轴心轨迹为花瓣形。
3 某发电厂#1汽轮机轴振动故障实例分析
3.1故障经过描述
某电厂4月份某日某时，#1机组机端负荷为500MW，继续增加负荷后，此机组的某轴瓦的轴出现了振动的问题，在X方向上轴振动时是从24um 开始发生波动的，幅度在 16-40um 的范围内，而在Y方向上，振动时是从45um开始发生波动的，幅度在 35-90um 的范围内，并且随着所受负荷的不断变化，此轴瓦的轴振动情况是不断间歇波动的，严重的影响了机组的稳定性和安全性，因此暂停机组的运行。
3.2故障原因分析
随后对#1机组进行开机检查，将其轴承盖打开，我们发现低压转子以及中压转子联轴器罩壳的两侧板均脱落，并且调速端的侧板掉落在了轴承座的内部，而发电机端的侧板套则是随着转子进行转动的，产生了 4 处磨痕。在这 4 处磨痕中，最严重的为发电机端联轴器的凸台磨痕，磨痕的宽度约为 60mm，而深度也达到了10mm，并且从调速端到发电机端是逐渐变浅的。在发电机端外缘处和螺栓调速侧的磨痕都是较浅的，轴颈和联轴器的连接处也有磨痕存在。经分析联轴器罩壳脱落的原因为：联轴器罩壳3mm 厚侧板和中间的上、下两个半圆形拱板的焊接方式都是采用点焊，刚度较差，侧板也容易出现变形，一旦出现了触碰和摩擦，侧板就很容易脱落。结合振动故障的具体特点，断定导致此轴瓦的轴出现振动故障的根本原因就是低压转子和中压转子联轴器罩壳侧板出现了不规则的碰磨。
3.3应对措施
在侧板厚度不变的前提下，汽轮机低压转子以及中压转子联轴器罩壳的侧本与上、下两个半圆形的拱板之间不再采用点焊的方式，建议选择双面满焊；及时的更换低压转子和中压转子的联轴器罩壳，适当的扩大预留的间隙，建议分别加大4mm，同时选择更加合理的设计安装值；在整个机组的运行的过程中，联轴器凸台的整圈都受到了磨损，磨掉部位对转子的强度并没有产生过大的影响，转子振动也未受到影响。在进行了相关的计算后，我们认为虽然低压转子和中压转子的联轴器受到了磨损，但是轴颈的强度还是可以满足机组的安全运行的，所以我们只需要继续进行打磨，逐步消除毛刺就可以了。
在采取了上述的对策后，机组的运行状况恢复正常，负荷为600MW 时，其振动在 48um 左右，并且看不到波动的现象，此轴瓦的金属温度约为 55 摄氏度，运行性能良好。
4 结语
600MW汽轮机组的振动故障常见的故障类型转子质量不平衡、转子不对中、油膜振荡和动静碰磨等，分析其故障原因及其故障特征表现形式，对于汽轮机组振动故障诊断至关重要，对汽轮机的安装和运行过程中，应严格执行操作规程，加强对作业人员的技能培训和安全教育，采用科学合理的故障诊断技术，制定完善的故障检修流程，做好汽轮机组的振动故障诊断和检修工作，确保发电机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]李小龙.对600MW汽轮机振动故障及措施的探析[J].通讯世界,2015(19):131-132
[2]张越.600MW汽轮机组振动故障诊断方法的研究[D].北京:华北电力大学,2015
[3]王俊魁.汽轮机故障诊断技术研究[J].现代企业文化,2016(5):156-157
论文作者:陈国文
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：转子论文; 汽轮机论文; 机组论文; 故障论文; 联轴器论文; 油膜论文; 汽轮论文; 《电力设备》2017年第17期论文;