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軸承座動剛度偏低的振動特征與診斷處理

2014-03-06

梁超1 馮永新2
(1.粵華發(fā)電有限公司,廣州 510000;2.廣東省電力試驗研究所,廣州 510600)
  摘 要:針對某型號125MW汽輪發(fā)電機(jī)組大修后定速時和滿負(fù)荷時出現(xiàn)振動故障的問題,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和診斷,正確判斷出機(jī)組振動偏大的原因是軸座動剛度偏低。為此,提出具體的處理方案,在短時間內(nèi)消除了振動故障,機(jī)組正常并網(wǎng)發(fā)電。
  關(guān)鍵詞:汽輪發(fā)電機(jī)組;軸座;振動;水平剛度
  某發(fā)電廠1號機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠早期生產(chǎn)的125MW汽輪機(jī)配套上海電機(jī)廠出產(chǎn)的汽輪發(fā)電機(jī),于1978年投產(chǎn)。整個軸系共有7個軸承,其中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為三支撐結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子各兩個軸承,所有軸承均為落地式橢圓軸承。該機(jī)組大修結(jié)束后,電廠進(jìn)行沖轉(zhuǎn),但在起動過程中定速3000r/min時,勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子的兩個支持軸承的水平振動不斷爬升,Z大達(dá)到73μm。在帶負(fù)荷過程中,再次出現(xiàn)了勵磁機(jī)前后軸承水平振動大幅度爬升的現(xiàn)象,Z大振動達(dá)100μm。
  為徹底查明故障原因,對機(jī)組升速、并網(wǎng)、加負(fù)荷、變負(fù)荷等工況下的振動作了全面監(jiān)測,對有關(guān)問題進(jìn)行了分析。分析認(rèn)為,引起勵磁機(jī)前后軸承水平振動過大的主要原因是軸承座與臺板整體接觸不良,導(dǎo)致水平剛度大幅度降低,從而導(dǎo)致振動偏大。由于現(xiàn)場不存在充足的時間來對整體接觸情況進(jìn)行處理,在仔細(xì)分析了軸向剛度不足的原因后,根據(jù)現(xiàn)場情況,進(jìn)行了勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子的高速動平衡試驗,使振動全部降至30μm以下。診斷勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子水平振動帶負(fù)荷后偏大的根本原因也是水平剛度不足,但誘發(fā)原因則在于當(dāng)負(fù)荷變化較大時,勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子又產(chǎn)生了新的不平衡量。由于這種新的不平衡力的產(chǎn)生存在一定的隨機(jī)性,因而不適合采取高速動平衡方法,Z終通過限制運(yùn)行參數(shù)來暫時消除故障。長久而言,仍然要對勵磁機(jī)的水平剛度進(jìn)行處理,提高其抗干擾能力。
  1 定速時的振動問題
  在該機(jī)組的原設(shè)計中,1~3號瓦設(shè)置了渦流探頭測量軸頸處的相對軸振動,并在1~7號瓦設(shè)置了速度探頭測量軸承振動,利用計算機(jī)對振動進(jìn)
行實時顯示。根據(jù)機(jī)組的振動情況,重點對6~7號瓦的軸承振動信號進(jìn)行監(jiān)測,包括垂直與水平方向的振動。振動信號由Bently 9200型速度探頭拾取,并接入Bently 208DAIU型數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。
  勵磁機(jī)水平方向振動隨轉(zhuǎn)速變化的Bode曲線見圖1和圖2。其中,6號、7號瓦垂直和水平方向的振動數(shù)值見表1。

  由圖1和圖2可以看到,在轉(zhuǎn)速超過2500r/min后,水平振動急劇爬升,在3000r/min時達(dá)到一個高點,但相位的變化相對平穩(wěn)。
  2 水平動剛度偏低的診斷與處理
  2.1 振動診斷
  從表1中的數(shù)據(jù)可知:無論6號、7號瓦發(fā)生垂直方向的振動還是水平方向的振動,其相位都是同相的。對勵磁機(jī)地腳螺栓頂部及基礎(chǔ)進(jìn)行外特性測試分析后,認(rèn)為引起勵磁機(jī)前后軸承水平振動過大的主要原因是軸承座與臺板整體接觸不良,導(dǎo)致水平剛度大幅度降低,從而導(dǎo)致振動偏大。
  從另外一個角度來看,表1中的數(shù)據(jù)還表明水平振動的主要成分還是一倍頻,說明振動是一種強(qiáng)迫振動。由于勵磁機(jī)的垂直振動并不大,說明勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子上殘余的不平衡力很小。同樣的不平衡力水平導(dǎo)致的垂直方向的振動不大,而導(dǎo)致水平方向的振動卻很大,只能說明軸承座的水平剛度偏低。
  從外特性的測試看,剛度偏低的原因是整體接觸不良,因而還不能通過直接處理地腳螺栓的預(yù)緊力來改善接觸情況。
  2.2 處理方法
  現(xiàn)場對加固水平剛度的手段較少,因而,能夠降低水平振動的方法實際只有一種,那就是采用高速動平衡手段來大大降低勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子上殘余的不平衡激振力。
  經(jīng)計算,在勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子兩端加重塊,重塊質(zhì)量和方位分別為100g,170°。加重后帶滿負(fù)荷時,各瓦振動見表2。由表2可見,經(jīng)加重后,6號、7號瓦的水平振動大幅降低,可以滿足機(jī)組安全運(yùn)行的需要。
  3 變負(fù)荷時振動變化情況分析
  運(yùn)行一段時間后,據(jù)運(yùn)行人員反映,如果在加減負(fù)荷過程當(dāng)中,負(fù)荷的變動比較劇烈的話,或由于其它原因,使得負(fù)荷的波動比較大,會導(dǎo)致6號、7號瓦水平振動急劇爬升,爬升Z大值超過100μm。
  運(yùn)行人員采用調(diào)整轉(zhuǎn)子進(jìn)水溫度的方法來控制振動,一開始有一定成效,但逐步效果不太明顯,只能在振動劇烈時轉(zhuǎn)到備用勵磁運(yùn)行,退出主勵磁,但在退出主勵磁后,6號、7號瓦水平振動又會緩慢下降,一直降低到爬升前的數(shù)值。而當(dāng)投入主勵磁后,振動可維持一段時間穩(wěn)定。表3是備用勵磁和主勵磁運(yùn)行調(diào)整過程中的振動值。
  4 診斷試驗與處理方案
  4.1 試驗步驟和方法
  根據(jù)對振動特征的判斷,對勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子水平振動在變負(fù)荷后出現(xiàn)爬升的基本原因也是水平剛度不足,但誘發(fā)原因則在于當(dāng)負(fù)荷變化較大時勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子又產(chǎn)生了新的不平衡量所導(dǎo)致的。這種新的不平衡量是由于碳刷與轉(zhuǎn)子接觸過程中接觸緊力不一致產(chǎn)生的熱量不同而導(dǎo)致的。為此,測試了機(jī)組在變負(fù)荷和改變勵磁方式過程中的振動隋況。即改變轉(zhuǎn)子運(yùn)行方式為由備用勵磁運(yùn)行到由主勵磁運(yùn)行,然后調(diào)整負(fù)荷,通過負(fù)荷變化觀察振動變化情況。試驗時間和步驟見表4。
  在負(fù)荷變化過程中,發(fā)現(xiàn)6號、7號瓦振動也在緩慢爬升。試驗過程中,振動趨勢曲線見圖3和圖4所示。
  從圖3和圖4 可知:當(dāng)振動爬升到一個Z高點后,則穩(wěn)定下來,隨著工況穩(wěn)定,振動有時能緩慢下降,但恢復(fù)不了原來的數(shù)值。這表明在變負(fù)荷過程中,由于扭轉(zhuǎn)力矩的變化,碳刷和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子之間的摩擦力發(fā)生變化,當(dāng)這種變化不均勻?qū)е罗D(zhuǎn)子徑向存在溫度差別時,會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生輕微熱彎曲。由于6號、7號瓦本身的水平剛度就偏弱,因而輕微的不平衡力的變化就使振動產(chǎn)生較大變化。
  至于每次振動變化的情況都不一樣,則與以下因素有關(guān)系:
  a)每次加減負(fù)荷的情況,如負(fù)荷加減的速率等;
  b)加減負(fù)荷時振動的基準(zhǔn)情況,振動大,則誘發(fā)速度快;
  c)其它因素影響,如轉(zhuǎn)子冷卻水等。
  4.2 處理方案
  由于這種新的不平衡力的產(chǎn)生存在一定的隨機(jī)性,因而不適合采取高速動平衡的試驗方法來進(jìn)行消除。在實際運(yùn)行中可采取以下方式來控制振動:
  a)在變負(fù)荷時盡量維持比較小的速率,避免給轉(zhuǎn)子以較大的沖擊;
  b)加強(qiáng)對振動的監(jiān)視,在負(fù)荷變化過程當(dāng)中,如果振動爬升速度較快,則適當(dāng)?shù)販p小變化速率,甚至可以穩(wěn)定一段時間觀察振動穩(wěn)定至有下降趨勢時再行改變負(fù)荷;
  c)振動爬升超過一定幅值后,可以先轉(zhuǎn)備用勵磁運(yùn)行,待振動下降到正常范圍后,再轉(zhuǎn)回主勵磁運(yùn)行。
  5 結(jié)論
  a)引起勵磁機(jī)前后軸承水平振動過大的主要原因是軸承座與臺板整體接觸不良,導(dǎo)致水平剛度大幅度降低,從而導(dǎo)致振動偏大;
  b)軸承座與臺板整體接觸不良,導(dǎo)致水平剛度大幅度降低能夠降低水平振動的方法實際只有一種了,那就是采用高速動平衡手段來降低勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子上殘余的不平衡激振力;
  c)勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子水平振動帶負(fù)荷后偏大的故障原因也是水平剛度不足,但誘發(fā)原因則在于當(dāng)負(fù)荷變化較大時勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子又產(chǎn)生了新的不平衡量所導(dǎo)致的;
  d)對投產(chǎn)時間較長的機(jī)組,由于運(yùn)行時間長,會導(dǎo)致基礎(chǔ)剛度有所下降,因而在檢修中應(yīng)注意對整體剛度的檢查,應(yīng)比一般機(jī)組更重視檢修中質(zhì)量的控制,可適當(dāng)將檢修標(biāo)準(zhǔn)控制嚴(yán)格一些。
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來源:《廣東電力》2005年12期