摘要：本文通过对某发电厂#2机组调试启动期间机组振动情况监视和对振动数据的采集分析，论述了造成发电机组轴系振动大的机理，说明导致低压转子、中压转子振动的主要原因，希望为同类型问题分析有一定的借鉴意义。
关键词：振动；轴系碰磨；故障诊断；频谱分析
1. 设备
该发电厂#2机组型号为N150/C135-13.24/535/535/0.6865型超高压、双缸、双排气、中间再热、具有单级可调整抽汽凝汽式汽轮机。汽机转子为无中心孔整锻结构，采用刚性靠背轮连接，整个汽轮机为三点支撑，前中后轴承均为落地轴承。高中压转子和低压转子的临界转速为1625 r/min和1529 r/min，发电机转子988 r/min。
2. #2机组轴系振动故障诊断分析
2.1 #2机组的首次启动情况：
机组于2011年10月13日首次冲转， 23时40分转速500 r/min，进行磨检，二十分钟后，#2轴承振动逐步爬升，从45μm上升至81μm， 23时55分打闸。在降速过程中，振动幅值增大，转速降到200r/min时振动值为105μm。14日3时6分再次冲转，3时19分转速1000 r/min，2Y振动值达124μm，1分钟后达146μm，变化率22μm/min。打闸停机，降速过程中#2轴承振动迅速增大，500 r/min时#2X振动值显示为258μm，#1X为136μm，投盘车后转子偏心124μm，冲转前46μm，在升速和转速不变时，振动幅值爬升，这是由于汽封间隙小，转子受热膨胀后，使转子碰磨产生热弯曲，造成振动幅值超标，振动故障的原因由碰磨造成的。
在10月14日17时30分转子偏心为46μm，基本恢复到冲转前数值，机组再次冲转，17时30分转速1000 r/min，2Y振动值为129μm打闸停机，降速过程中#2轴承振动500 r/min时#2X振动值显示为200μm，投盘车后转子偏心106μm。
2.2 轴系振动原因分析：
从前三次的冲转的振动数据看，振动的分量以工频为主，相位重复性好，在停机降速过程中振动值迅速增大，投盘车后转子偏心比冲转前增大两倍多。以500 r/min时振动幅值比较，降速比升速增加了6倍，说明热不平衡量比原始不衡量增加了近6倍，从频谱可知，振动的主要分量是工频。转轴碰磨后，振动幅值增大迅速，原因是动静部件磨损量始终小于转子热弯曲量和振动增长量，幅值便会大幅上升，如碰磨不断加重，会使热弯曲量和振动进一步加大，从而使碰磨进一步加重，形成恶性循环。从轴心轨迹图看，出现了反进动现象，也说明了振动增大的原因是由碰磨造成的。
2.3 机组碰磨振动产生的原因
现代汽轮机机组，为提高效率，要求把转子和定子之间的间隙值做到尽可能小，这样会使运行中的定子和转子出现碰磨的几率增大，在新机试运机组和大修后机组出现的碰磨振动主要是以径向碰磨为主，产生的原因一般是：（1）动静间隙过小；由于厂家设计人员设定过小间隙，当安装、检修对动静间隙调整不当时，也会发生碰磨。由于动静间隙受多种因素的影响，如真空、凝气器灌水、缸温等，间隙值控制不当，会使运行机组的动静部件的局部间隙值消失发生碰磨。（2）轴承振动值过大；不管何种原因，当过大的振动值达到动静间隙值，则转轴与静值部件发生接触，产生碰磨。（3）汽缸和轴承座的跑偏、变形、弯曲等。开机过程中上下缸温差过大造成缸体弯曲变形，汽封等部位的间隙可能消失而产生碰磨。
2.4 #2机组轴系碰磨检查和处理的过程：
10月15日低压缸揭缸检查，对#2轴承低压缸侧轴封间隙进行了调整，最外一组汽封齿间隙值为500μm ，内部3组汽封齿间隙600μm 。再次启动后，由于#2轴承振动不稳定，振动值DCS显示最大为93μm，经过两小时500r/m定速运行，振动值恢复正常，升速至1300 r/min， #2、#3轴承振动增大，从80μm上升至159μm，此时排气缸温度偏高，最高值达123℃，机组打闸。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从数据分析，转速不变时，#3轴承振动相位变化后振动幅值爬升，说明本次振动故障的原因由#3轴承轴封碰磨造成的。虽然本身的变化不大，但它对#2轴承振动的影响系数大，造成振动幅值逐步爬升。从两次降速数据看，#2轴承振动没有爬升，说明调整低压缸测轴封间隙取得了效果。
10月20日，2时20分冲转，500r/min时#2轴承振动值不稳定爬升，两分钟后继续升速，#2轴承振动值爬升。1时39分，转速812r/min，#2X侧轴振动至151μm，相位基本未变。在降速过程中，振动幅值增大，328r/min时2X振动值达194μm，#1X、#1Y的振动值分别为64μm、74μm，振动值增大了近3倍，说明高中压转子热不平衡量比原始不衡量增加了近3倍，#3轴承的振动值基本未变为24μm，说明低压转子原始不衡量没变，从频谱可知，振动的主要分量是工频。从振动数据分析振动大原因是由#2轴承高中压缸侧轴封碰磨引起的。
本机组低压、高中压转子采用三支撑结构，＃2轴承同时支撑高中压转子与低压转子，振动同时受它们的影响。＃2轴承座是落地轴承，刚度较大。而且是椭圆型轴承，运行中是轴振大而瓦振较小。引起碰磨原因有很多，一是动静间隙小，为提高效率，动静间隙设计值小。二是动静间隙变化大，机组冷热太标高变化、基础的不均匀沉降、轴封温度压力突变、汽缸膨胀不畅、汽缸跑偏、加热或冷却不均匀、上下缸温差大等等都会使动静间隙发生变化。三是转子激振力过大，当动静间隙值一定时，转子振动过大会引起动静碰磨。从目前数据分析，在19日前的碰磨多发生在#2轴承低压缸侧轴封处，而高中压缸侧轴封没有发生过，从1300 r/min暖机的振动数据看，都在70μm以内，说明转子的激振力不大，现在可以排除第一种和第三种情况，从现有运行数据看，造成机组碰磨的原因可能与基础的不均匀沉降、轴封温度压力突变、上下缸温差大等原因有关。在10月24日冲转时，通过控制运行参数使机组顺利到达3000 r/min.
3. 取得的经验和教训：
从几次冲转数据看＃2瓦附近容易产生摩擦。如果采取措施不当，很容易发生大轴弯曲事故。为了避免弯轴，应注意以下几点：
3.1 运行中，严密监视振动状态、趋势和相位变化。多台新机试运机组说明，振动状态是否稳定应该比振动值大小更加重要。振动不稳定时，设备内部肯定存在诸如摩擦之类的缺陷，必须及时处理。
3.2 运行中采取措施避免摩擦，如：使小上下缸温差、轴封温度压力在稳定的区间内运行。避免出现突变的情况。
3.3 启动时，在振动稳定的前提下逐步升高转速。若振动不稳定，必须连续监测振动，及早发现早期摩擦振动特征。如振动有发散趋势，应及早降速。
3.4 机组启动前，要监视大轴晃度。大轴原晃度应在原始晃度的±15μm以内，超过此值机组不能启动。
3.5出现摩擦故障后，最好的处理方法是在密切监视振动（包括幅值和相位）波动、严格控制振动不发散的前提下让动静部件摩擦。一段时间后，动静间隙摩大了，摩擦振动自然消失。高转速下，转轴表面线速度较高，摩擦部件的磨损较快。因此，为了较快地消除摩擦故障，在可能的情况下可以适当提高转速。
3.6 如果振动出现大幅度波动或者爬升很快，需要立即降速。在较低转速下让其运行一段时间，振动恢复后再升速。几经反复后，动静间隙将会越摩越大，达到一个佳值。
3.7 多次反复后，如果振动依然发散，则有可能要揭缸或揭轴承检查，放大动静间隙。
3.8由于机组的径向间隙小，高压胀差和低压缸排气温度、轴封温度压力等参数的变化，易引起转轴的碰磨，因此在运行中，应注意对参数的控制。
3.9 在幅值快速爬升时，应密切观察振动变化，及时打闸停机，避免弯轴事故发生。
参考文献
[1] 吴庚申 梁平 龙新峰 汽轮机转子振动故障 《华南理工大学学报：自然科学版》 2005 第7期
[2] 程卫国 傅志中 陆文华 钱安家 汽轮机振动故障诊断 《动力工程》 2005 第1期
[3] 寇胜利 《中国电力》 大型汽轮机的摩擦振动 1993 第8期
论文作者:寇华波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6