沙角發電A廠2號機組振動故障的診斷及其處理

沙角發電A廠2號輪發電機組為哈爾濱電站集團生產的200 MW超高壓、一次中間再熱、單軸三缸三排汽凝汽式機組，於1988年投入生產。1997年12月，該機組3號軸承的水平方向振動在測量中發現有增大現象：在160 MW負荷時振動值達73 μm，超出了振動合格範圍。為了解決這一問題，我們對機組的振動狀況進行了全面測試與分析，準確地判定出機組振動惡化的主要因素，並在機組小修期間，採取相應的檢修措施，圓滿解決了2號機、3號機振動超標問題，避免了揭缸檢查轉子。

1　技術規範
汽輪機有高、中、低壓三個轉子，均採用剛性靠背輪連接。低壓轉子與發電機轉子採用半撓性靠背輪連接，發電機轉子與勵磁機轉子採用剛性靠背輪連接。高、中壓轉子為三支撐結構，低壓轉子由4、5號軸承支撐，6、7號軸承支撐發電機轉子，8、9號軸承支撐勵磁機轉子。1～5號軸承為三油楔軸承，6、7號軸承和8、9號軸承分別為橢圓型軸承和圓筒型軸承。
根據設計參數計算，高壓轉子臨界轉速為1 890 r/min，中、低壓轉子臨界轉速分別為1 572 r/min，和1 908 r/min，而發電機轉子的第一、二階臨界轉速分別為1 120～1 260 r/min，和3 353～
3 494 r/min。

2　測振系統布置
針對機組結構及振動狀況，重點監測了2～5號軸承垂直及水平方向的振動。測振探頭使用美國本特利公司9200型速度感測器，速度測量採用本特利TK-15型光電感測器，利用本特利公司108 DAI型數據採集儀對振動數據和轉速進行連續採集，對所採集到的數據採用本特利配套軟體ADRE-3軟體包進行分析，監測系統接線圖如圖1所示。

圖1　數據採集系統接線圖

3　振動測試
由於機組振動是在運行過程中逐漸惡化的，造成了振動診斷的難度，因此，我們進行了一系列的測試來全面了解機組的振動響應。
3.1　機組運行歷史及振動狀況
2號機組於1997年2月例行大修。大修后至12月期間的振動狀如表1所示。

表1　2號機組振動狀況　 μm

日期工況 2號瓦 3號瓦 4號瓦 5號瓦垂直水平軸向垂直水平軸向垂直水平軸向垂直水平軸向 1997-02-24 定速，空載 19 17 7 20 34 17 41 39 38 24 16 26 1997-03-13 帶負荷180 MW 20 18 9 15 30 23 30 33 24 28 24 22 1997-10-19 定速，空載 5 — — 22 — — 34 — — 30 — — 1997-10-27 帶負荷200 MW 25 9 25 18 50 23 51 47 35 19 24 28 1997-12-19 帶負荷200 MW 26 15 9 32 70 28 48 47 37 19 23 16 註：定速為3 000 r/min。

10月19日，2號機組開機時3號瓦垂直方向的升速Bode圖如圖2所示。

圖2　3號瓦無故障時升速Bode圖

3.2　帶負荷測試及分析
振動存在著隨負荷變化而變化的現象，因此，對機組進行了帶負荷測試，3號瓦水平方向振動的趨勢圖如圖3所示。

圖3　3號瓦水平振動趨勢圖

從歷次開機中3號瓦垂直、水平的振動變化情況來看，有以下現象：
a)振動隨負荷變化有一定波動，大致範圍在43～73 μm之間，但無較明顯的規律；
b)振動與運行參數關係不明顯；
c)在3號瓦振動的頻譜圖中，除了一倍頻成份外，有明顯二倍頻成份出現。

3.3　降負荷與停機試驗
利用停機機會，進行了降負荷試驗及停機過臨界測試。降速中3號瓦垂直方向Bode圖如圖4所示。

圖4　3號瓦的降速Bode圖

4　故障診斷及分析
一系列的試驗中，3號瓦的振動表現出以下特徵：
a)振動是逐漸惡化的，當然，由於缺乏在線數據採集系統，逐漸惡化的振動特徵有部分人為的認識成份；
b)振動隨負荷與工況變化而變化，證明了振動的惡化存在著外界的干擾因素，而非轉子本身原因；
c)3號瓦振動的垂直方向與水平方向頻譜中均包含了一定的二倍頻成份，而且該二倍頻隨工況變化而變化；
d)3號瓦振動異常后，垂直方向的臨界響應在測試前後有明顯變化，這表明了3號瓦的動剛度特性在運行過程中變化較大。
綜合以上特徵，進一步排除了振動是由轉子本身引起的可能性，確認了軸承的故障是主要的影響因素。

5　故障處理
根據我們的診斷結論與建議，對2號機組進行了提前小修，重點檢查各瓦的接觸及緊力情況。
5.1　檢修中發現的異常情況
a)2～4號瓦上瓦枕均有較嚴重的磨痕；
b)3號瓦電側瓦枕托空0.07 mm；
c)4號瓦瓦蓋緊力實測只有0.05 mm；
此外，在檢修中還檢查了5號瓦及推力瓦的情況，未發現異常。
5.2　檢修措施
a)更換2～4號瓦的上瓦枕，嚴格檢修測量工藝，保證各瓦枕接觸均勻；
b)3號瓦電側瓦枕加0.08 mm墊片后，精心研磨，保證瓦枕接觸均勻；
c)增加4號瓦瓦蓋緊力至0.17 mm。
5.3　處理結果
2號機在小修中加強了對各軸承的檢修工藝，保證了各瓦枕的接觸狀況良好，小修后的啟機及帶負荷過程中各瓦振動有明顯改善。一些工況下的振動狀況如表2所示。

表2　2號機組處理后各瓦振動狀況　μm

日期工況 2號瓦 3號瓦 4號瓦 5號瓦垂直水平垂直水平垂直水平垂直水平 1997-01-09 定速，空載 8 — 18 26 34 33 33 — 3/315 — 8/148 24/74 28/174 30/86 28/199 — 1997-01-13 帶負荷180 MW 10 10 12 31 38 37 22 10 6/283 4/221 7/149 28/79 35/157 33/84 19/192 7/86 註：定速為3 000 r/min。

比較表1與表2，3號瓦水平方向的振動由超標達到優良值，說明在故障分析階段對故障的定位與分析是合理的，故障處理時所採取的措施是正確的。

6　結論
a)本次振動故障處理過程中，充分觀察了振動與各種運行參數，如負荷、真空、脹差、軸向、位移、瓦溫等的關係，利用變負荷測試、降負荷與停機試驗等手段排除了若干可疑因素，使故障的定位及處理決策較為有效。
b)2號機組3號瓦水平振動超標的原因是由於軸承的接觸情況及緊力狀況逐漸惡化引起的，從數據分析來看，表現為水平及垂直剛度改變較大。
c)經過對軸承進行嚴格檢修，機組各瓦振動得到了較大程度的改善，表明在故障分析階段和處理階段所採取的分析方法與處理措施是正確的。
d)由於條件所限，未能全面對比3號瓦水平方向在各工況下的振動響應情況，是相當遺憾的。

參考文獻
1　黃文虎，劉瑞岩，夏松波等.設備故障診斷原理、技術及應用.北京：科學出版社，1996