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600MW汽轮发电机组不稳定振动的原因分析及处理


第 52卷 第 5 期 2010 年 10月

汽 轮 机 技 术 TURB I NE TECHNOLOGY

V o. l 52 N o. 5 O ct . 2010

600MW 汽轮发电机组不稳定振动的 原因分析及处理
牟法海 , 石瑞平 , 李铁军 , 王文营 , 张
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( 1 河北省电力研究院, 石家庄 050021 ; 2 石家庄信息工程职业学院 , 石家庄 050035 ; 3 神华河北国华沧东发电有限责任公司; 沧州 061113)
摘要 : 针对某电厂一台 600MW 汽轮发电机组滑环轴轴瓦 ( 11 号轴瓦 ) 不稳定 振动故障 , 详细介 绍了 11 号轴瓦的振 动特征 , 指出了造成不稳定振动的原因 , 采取了调整励发联轴器螺 栓紧力、 11 号轴瓦 紧力与顶 隙等措 施 , 取 得了显 著的效果。 关键词 : 汽轮发电机组 ; 不稳定振 动 ; 励发联轴器 ; 滑环轴 分类号 : TM 311 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 5884( 2010) 05 0393 02

Cause A nalys is and T reatm ent for Unstab le V ib ration of 600MW Turbo unit
MU Fa hai , S H I Ru i p ing , L I T ie jun , WANG W en y in g , ZHANG Yu
Eng ineer ing V oca tiona l Co lleg e , Sh ijiazhuang 050035 , Ch ina ; 3 Shenhua H ebe i Guohua Cangdong P o w er Company L i m ited. , Cang zhou 061113, Ch ina) Abstrac t : T o so lve unstab le v ib ration of exc iter sha ft bear ing ( N o . 11 bear ing ) o f one 600MW turbo unit in one pow er p lant , the v ibration characte ristics o f N o . 11 bear ing are deta iled ly introduced and the causes of unstab le v ibration a re found out. By adjusting screwed force of bolts of coupler between gene rato r s rotor and exc iter s rotor , screw ed force and top clearance o f N o . 11 bearing and so on, pro m inent purpo se has been achieved. K ey word s : turbo un it ; unstab le vib ration ; coup ler be t ween generator s rotor and exciter s rotor ; exc iter shaft 方向振动由 37 m 爬升 到 110 m, 11 号 Y 方向 振动 由 57 m 爬升到 75 m, 11 号轴瓦 绝对 振动 由 65 m 爬升 到 84 m, 11 号 X 方向的振动 频谱图如图 1 所示 , 趋势图如图 2 所示。
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( 1 H ebe i E lec tric P o w er R esearch Institute , Shijiazhuang 050021, China ; 2 Sh ijiazhuang Infor m ation

0 前



某发电 厂 2 号汽 轮 机 是 N600 - 16. 7 /538 /538 型亚 临 界、 中间再热、 四缸四 排汽 凝汽 式汽轮 机 , 发电 机为 QFSN 600- 2 型 , 采用水 - 氢 - 氢 冷却 方 式 , 用全 静态 励 磁系 统。 汽轮发电机组 轴系由 6 个转子构 成 , 即高压、 中压转子 、 两个 低压转子、 发电机转子和滑环轴 , 由 11 道轴瓦支撑 , 高 压、 中 压、 两个低压转子均 分别由 两道 轴瓦支 撑 , 发电 机转子 和滑 环轴是三支撑结构 , 其中 1 号 ~ 4 号轴 瓦为四 瓦块可 倾瓦型 径向轴 瓦 , 5 号轴瓦 上半为 圆柱型 , 下半 为两块 可倾瓦 , 6 号 ~ 8 号 轴瓦为 径向 圆柱 型轴瓦 , 9 号 ~ 11 号轴 瓦为 可倾 瓦。 各转子之间均采用刚 性联接。

1 机组振动情况
该机于 2006 年 11 月 12 日 首 次 启动 , 定 速 3 000 r /m in 后 , 11 号轴瓦振幅 保持 在 45 m 左右。 但在并 网后 , 振 动随 负荷 的 升高 逐 步增 大 , 其中 Y 方 向 较 为明 显 , 幅 值 最终 在 90 m~ 107 m 范围波动。为了改 善 11 号轴瓦 的振动 情况 , 该机于 2007 年 5 月进行了停机检 修 , 检修后 11 号轴 瓦振动 有所降低 , 但带负荷后仍然波 动 , 到 2007 年 10 月 11 号轴瓦 振动开始出现频繁的 大幅波 动 , 具体 振动数 值如 下 : 11 号 X
收稿日期 : 2010 01 05

图 1 11 号 X 方向振动频谱图

由图 1 可知振动含有明显的 1X 和 2X, 高频和 低频分量 很少 , 其中 1X 为主 要成 份。从 图 2 可知 通频 的变 化与 1X 和 2X 有着较为同步的变化趋势 , 并且其中 1X 的相位也发生 较大的变化 , 从早期的 212 至 9 月 27 日 发展为 238 , 进入 10 月后变化加速 , 角度变为 315 , 变化范围达 100 , 2X 幅值由早 期的 15 m 上升至目前的 46 m, 相位也发生了明显变化。 该机于 2008 年 2 月进行 B 级检修 , 于 2008 年 4 月 6 日 检修后首次启 动 , 带负荷后 11 号 轴瓦振动有 所增加 , 最终趋

作者简介 : 牟法海 ( 1977 ) , 男 , 工程师 , 主要从事汽轮发电机组振动测试与故障诊断工作。

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第 52 卷

要原因如下 : 2. 1 励发联轴器螺栓紧力不足 该机在启 动过程中 11 号 轴瓦两 个方 向振 动较 平稳 , 过 临界时 振动最大峰 值不超过 100 m, 定速 3 000r /m in 空负荷 时 , 振幅均小于 50 m, 说明滑环轴原始不平衡 量较小。并网 后 , 振动随着负荷的增 加而增大 , 其 主要 以 1X 增 大为主 , 并 1X 相位也发生了改变。这说明转 子的平 衡恶化。能 造成转 子平衡恶化的 原因有 : ( 一 ) 转子发生 热弯曲 ; ( 二 ) 转 子上存 在活动部件 , 对于滑环轴最有可能的部 位就是由于 励发联轴 器螺栓连接紧 力不足 , 造成励发联轴器错位 [ 1, 2] 。 结 合现场 试验和 振动特 征可以 排除转子 产生热 弯曲的 可能 , 原因如下 : 如果是 发电 机转 子发生 了热 弯 , 9 号、10 号
图 2 11 号 X 方向振动趋势图

轴瓦振动均会 有明显变 化 , 并且 振动将 与发 电机 氢温、 无功 负荷有固定对 应的关系 ; 如 果是 滑环轴 发生 了热 弯 , 振动将 会与集电环风 温有固定 的对 应关 系 , 即 风温 高振 动降低 , 风 温低振动增大 。 怀疑励发联轴器螺 栓紧力不足的原因如 下 : 滑 环轴与发 电机转子采用 的三支撑结构 , 滑环轴相 当于发电机 转子的外 伸端 , 如果螺栓紧力不足 , 当滑环轴所受扭矩 变大时 , 励发联 轴器就会发生 错位 , 滑 环轴就会 ! 甩 尾 ?, 激振 力直接 作用于 11 号轴瓦 , 这时就会表现出 1X 开始爬升 , 并且 1X 的相位也 会发生明显变 化。由于 滑环轴 相对 于发电 机转 子而 言要轻 得多 , 所以不会对 10 号轴瓦振 动产生明显 影响。此外 , 联轴 器紧力不足会导致励发 联轴器中心的改变 , 从而使 振动成分 中有明显 2X 分量。 2. 2 11 号轴瓦载荷轻 、 紧力不足 、 顶隙偏大 机组带负 荷稳定运行时 11 号轴瓦 温度为 63# , 另 外 , 从 11 号轴瓦的轴心位 置图 , 可以 看出从启 动到 定速 3 000 r /m in 轴颈上浮 了 近 200 m, 汽 轮 机 厂 家 规 定 11 号 轴 瓦 顶隙 为 250 m ~ 350 m, 说明此时轴心已处于轴瓦水平偏上的 位置 , 轴瓦载荷较轻 , 再加上轴瓦的紧力不足 、 顶隙 偏大 , 支撑系统 的稳定性会 进一 步 变差 , 导 致 支撑 系统 的 动刚 度 进一 步降 低。根据转子动 力学知 识 , 可知 振动与 激振 力成正 比 , 与支 撑系统的动 刚度 成 反比 , 所 以 即使 滑环 轴 产生 较 小的 激振 力 , 11 号轴瓦振动也会发生明显变化 [ 1] 。

于稳定 , 但在做超速试验时 , 11 号轴瓦振动开 始大幅爬升 , 每 次升速至 2 850 r/m in( 滑环轴临界转速 ) 时都比前一次升速至 2 850 r/m in 时振动大 , 最后 一次升速 至 2 850r /m in 时 11 号 X 方向振动为 350 m, 振动特 征与 2007年 10 月相同。由于 11 轴瓦振动超标 , 进行了停机处理。 2008 年 4 月 6 日 该机大修 后启动 , 带负荷运行一段时 间后 11 号 X 方 向振 动表现 出如 下特征 : 11 号 X 方向振动首先缓 慢爬升 , 之后 是频繁 的大幅 度跳动 , 跳动范围是 100 m ~ 180 m, 同时 1X 相位也 在 346 ~ 60 范围跳变。由于 二期工 作的 需要 , 2 号 机组于 2008 年 11 月 9 日停机 , 电厂决定利用这次停机机会 , 对 11 号轴瓦进 行检查处理。截至到 2008 年 11月 9 日临修时 , 11 号 X 方向 振动基本稳定在 100 m, 1X 相位 基本稳 定在 60 。停 机过程 中 400r /m in 时 , 11 号轴瓦处轴 头晃度数值 为 168 m。 此外 , 现场进行了改变运行 参数试验 , 从试验 结果可 知 , 11 号 X 方 向振 动与有功 、 无 功、 密封油 温、 集 电环风 温有关 , 但没 有确 定的关系 , 与发电机氢温基本无关。 2008 年 11 月 18 日 临修 后启 动 , 定 速 3 000 r /m in 时 , 11 号 X 方向振动为 85 m, 1X 相位为 320 , 带负荷过程中 , 11 号 X 方向振动开始波动 , 当负荷为 230MW 时 , 11号 X 方向振动 爬升至 140 m, 负 荷为 250MW 时 , 11 号 X 方 向振 动快 速爬 升至 260 m, 同时 1X 相位由 323 变为 15 , 之后 11 号 X 方向 振动基本稳定在 260 m, 600MW 负荷时 , 通过 调节密 封油温 11 号 X 方向振动 能稳定 在 230 m 左右。 由于 11 号 X 方向 振动超标 , 影响到了机组安全 , 该机于 11 月 21 日停机 处理。 此次 处理 后 11 号 轴瓦 两方 向振 动基 本稳 定在 43 m ( X 方 向 )、 32 m ( Y 方向 ) 。由于二期 G IS 系 统故障 对该机 组造成 冲击 , 2009 年 2 月 26 日 11 号轴 瓦振动 又出 现频繁 波动 , 振 动特征与前几 次基 本相同 。在历次 11 号 轴瓦 振动 波动 时 , 10 号轴瓦振动只有微小波动 , 9 号轴瓦振动基本未发生变化。 从 11 号轴瓦历次振动情 况可知 , 11 号 轴瓦 振动含 有明 显的 1X 和 2X 分量 , 振动波动和爬升主 要是由 1X 分 量引起 的 , 2X 分量也有 小幅波动 和爬 升 , 并 1X 相 位也 有频繁 波动 和改变。振动 虽 然与 有功、 无功、 密 封 油 温、 集电 环 风 温有 关 , 但没有确定的关系 , 与发电 机氢温基本无关。

3 处理措施
根据以上 振动原因 , 在历次停机处 理时主要采 取了如下 处理方案 : 3. 1 励发联轴器瓢 偏 、 连接螺 栓紧 力及滑 环轴 轴头 晃度调 [ 3] 整 联轴器配合面的接 触情况直接影响联轴 器的瓢偏、 轴头 晃度 , 故在检修 中 对励 发联 轴 器表 面进 行 了仔 细 检查 和研 磨 , 并将两 侧面的 瓢偏均 调整在 20 m 以下 , 11 号轴 瓦轴头 晃度调整为小于 40 m。另外没有按照厂家要求用 力矩扳手 紧固励发联轴 器连接螺栓 , 而是将所有连接螺栓全部紧死。 3. 2 励发联轴器中心复查及 11 号轴瓦标高调整 [ 3] 中心偏差也是产生 振动的重要因素 , 在一定程 度上会改 变转子的振型 , 改变各轴瓦的载荷分布 , 导致个别轴瓦轻载 , ( 下转第 397 页 )

2 振动原因分析
鉴于以上振动 特征 , 认为 造成 11 号 轴瓦 振动 异常 的主

第 5期

陈颖敏等: 聚环氧琥珀酸及其复配物的缓蚀性能的研究

397

图 4 复配 PESA 与空白实验的 Bode 相图图谱 ( 注 : 横坐标为频率的对数 )

的优化配方 10m g /L PESA + 0 . 5m g /L BTA + 20mg /L 钨酸钠 + 10mg /L 氧化淀粉 , 因此 , 它们之间 可以充分 发挥各 缓蚀剂 之间的缓蚀协 同效应。 通过电 化学 实验对 缓蚀 剂的 缓蚀行
图 3 复配 PESA 与空白实验的极化曲线比较

为进行了初步 研究探讨得出 : 聚环氧琥 珀酸是以抑 制阳极反 应为主的缓蚀 剂 , 对 阴极反 应也 起到了 一定 的抑 制作用 ; 复 合配方对于腐 蚀过程的 阳极反 应和 阴极反 应的 抑制 作用强 度接近相等 , 属于混合型缓蚀剂。 参考文献
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] 吴 耿 , 邱学青 , 楼宏铭 , 等 . 循环冷却水系统无磷缓蚀剂研究

程的阳极反应和阴极反应的抑 制作用强度接 近相等 , 复合配 方属于混合型缓蚀剂 。 2. 2 复配 PESA 的电化学阻抗谱测定结果 在最佳复合配方 下测定的 Bode相图图谱如图 4 所示。 Bode相图中复合配方 低频段 的相角 峰明显 比空白 实验 高得多 , 高频段差 别不 大。空白 实验 的相 角峰 顶值 为 37. 32 deg, 而复合配方的相 角峰顶值 升高 到 71. 09deg , 可以认 为复 配 PESA 缓蚀剂对铜起 到了良好 的缓蚀 作用 , 与旋转 挂片的 实验结果相符合。

进展 [ J] . 腐蚀科学与防护技术 , 2004 , ( 11) : 371 - 374 . T ill m an H P. D etergen t for m u lations [ P ] . U S 3776850, 1973 , ( 12) : 4. Bush R D, H einzm an SW. E ther hydroxypoly carboxy late detergen cy bu ilders[ P] . U S 4654159, 1987 , ( 3 ): 3 . V ert M, Li S , Sponlehauer G, et a. l B ioresorb ility and b iocom pat i b ility of aliphatic polyesters[ J] . J . M ater . Se. i 1992, ( 3) : 432. 王 佳, 曹楚南 . 缓蚀剂阳极脱附现象的研究 [ J]. 中国腐蚀与 防护学报 , 1996 , 16 ( 1) : 9 .

3 结



聚环氧琥珀酸的缓蚀率随 其浓度的增加 而升高 , 但是要 达 到较好的缓蚀 效果 , 所需 PESA的浓度很 高 ; 可以得到最 佳 ( 上接第 394 页 ) 稳定性降低 , 并且 11 号轴瓦载 荷较轻。鉴于以 上情况 , 对励 发联轴器的对中情况 进行复查并参考同类 机组的检修 经验 , 将 11 号轴 承标高上 抬约 100 m, 励发 联轴器 下张口 由原来 的 120 m 调整为 150 m, 增加了 11 号轴承的负载 , 以保证其 稳定性。 3. 3 滑环轴平衡块调整 为了减小滑环 轴作 用在 11 号轴 瓦上 的激 振力 , 在 检修 中将集电环风扇叶轮 平衡槽内原有的平衡 块进行合成 调整 , 重新计算加重位 置和重 量 , 并且 考虑 到原有 的平 衡块较 多 , 为了以后现场动平衡 的实施 , 将原有的 平衡块均焊 在了风扇 叶轮外圆 , 具体加重方案为 : 710g? 30 。 3. 4 11号 轴瓦紧力 、 顶隙调整 由 于轴瓦 紧力不 足或顶 隙过大均 会使轴 瓦的支 撑刚度 下降 , 并且 该 瓦温 度 又 较 低 , 所 以 在检 修 时 将 轴 瓦顶 隙 由 300 m 调整为 210 m, 瓦盖紧力由 20 m 调整为 400 m。

瓦两个方向振 动分 别为 34 m ( X 方 向 ) 、38 m ( Y 方 向 ), 带 负荷 过程中 11 号 轴瓦两 个方向 振动均有 小幅爬 升 , 但最大 不超 过 43 m, 振动达 到了 优良的 标准 , 11 号轴 瓦不稳 定振 动问题得到了 解决。

5 结束语
同类型 600MW 汽轮发电机组普遍存在 11 号轴瓦不稳定 振动问题 , 由于滑环轴与发电机转子采用的三支撑结构 , 滑 环 轴相当于发电机转子的外伸端 , 转子状态稍有变化或 11 号 轴 瓦参数调整的不合适 , 均能引起 11 号轴瓦振动 , 因此 , 在检 修 时要 严格控制励发联轴 器连接螺栓紧力、 励发联轴器的晃 度 和瓢偏 , 滑环轴轴头晃度 , 11 号轴瓦的紧力、 顶隙等参数。 参考文献
[ 1] [ 2] [ 3] 施维新 . 汽轮发电机组振动及事故 [ M ] . 北京 : 中国电力出版 社 , 1998 . 张学延 . 汽轮 发电机 组振动 诊断 [ M ] . 北京 : 中国电 力出版 社 , 2008 . 张 煜 , 刘贤东 , 安洪坤 . 600MW 汽轮机组集 电环振动偏大原 因分析及处理 [ J] . 河北电力技术 , 2008, 27 ( 9) : 34 - 36.

4 处理效果
采用了上述处理措施后 , 定速 3 000r /m in 空载时 11 号轴


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