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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 E TECHNOLOGY N

V o. 52 N o. 5 l 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 I Ru i p ing , L I T ie jun , WANG W en y in g , ZHANG Yu H
Eng ineer ing V oca tiona l Co lleg e Sh ijiazhuang 050035 Ch ina 3 Shenhua H ebe i , , ; Guohua Cangdong P o er Company L i ited. , Cang zhou 061113, Ch ina) w m 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 inent purpo se has been achieved. . m 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 er R esearch Institute Shijiazhuang 050021, China 2 Sh ijiazhuang Infor ation w , ; m

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 、 功、 无 密封油 温、 电环风 温有关, 但没 有确 集 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 ) 、 m ( Y 方向 )。由于二期 G IS系 统故障 对该机 组造成 32 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、 封 油 温、 密 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 an H P. D etergen t for u lations [ P ] . U S 3776850, 1973 m m , ( 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. B ioresorb ility and b iocom pat i , l b ility of aliphatic polyesters[ J] . J M ater Se. 1992, ( 3) : 432. . . i 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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