国产亚临界600MW机组励磁机轴承振动大分析及处理(交流)

国产亚临界600MW机组励磁机轴承振动大分析及处理曾伟光1,刘石2（1、神华广东国华粤电台山发电有限公司,广东台山529228；2、广东电网公司电力科学研究院,广州510080)摘要：针对广东国华台山电厂4号机组励磁机轴承振动异常增大的问题，利用汽轮机振动采集系统的有关数据，发现励磁机轴承间隙电压及励磁机转子轴心轨迹椭圆度异常变化，得出励磁机轴承振动大的原因是，轴承垫铁在机组运行过程中发生松动，使轴承的支撑刚度降低，引起励磁机轴承振动异常增大并进一步发展至动静碰摩故障，为此，提出检查轴承垫铁及其紧固螺栓、恢复励磁机转子标高、重新调整轴承箱盖紧力的处理措施。运行实践证明，这一处理方法达到了预期目的。关键词：励磁机轴承；振动；支撑刚度；转子标高AnalysisandTreatmentofExcessiveVibrationofExciterBearingforDomestic600MWSub-criticalUnitZENGWei-guang1,LIUShi2（1.ShenhuaGuangdongGuohuaYuedianTaishanPowerGenerationCo.,Ltd,TaishanGuangdong529228,China;2.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCorporation,Guangzhou510080,China）Abstract：InaccordancetofailureofexcessivevibrationofexciterbearinginUnit4ofGuangdongGuohuaTaishanPowerPlant,byuseofdatafromvibrationdatacollectingsystemofturbine,theexceptionalchangingofgapvoltageofexciterbearingandtheellipsedegreeofaxisorbitwerefound.Thereasonofexcessivevibrationofexciterbearingwasthatthecushionofbearingbecameflexibleduringrunning，which,reducedthesupportrigidityofbearing.Itbroughtexcessivevibrationofexciterbearingandmadefailureoffriction.Thesolutionofcheckingthecushionandboltofbearing,resumingtheheightofexciterrotor,adjustingthepressureofthecoverofbearingwerepresented,andithasbeenprovedsuccessfulbyactualoperation.Keywords:exciterbearing;vibration;supportrigidity;heightofrotor引言：国产亚临界600MW汽轮发电机组励磁机轴承位于汽轮发电机轴系末端，其运行状况受发电机轴承振动、发电机有功、无功功率、励磁电流等因素影响较大，励磁机轴承振动异常是本型号机组多发性故障。据了解，设备检修人员处理本型号机组励磁机轴承振动异常故障时，一般是对励磁机轴承进行常规检查以及提升励磁机轴承标高以加大其负载，处理效果不佳。机组运行约半年后，励磁机轴承振动又开始缓慢爬升。1励磁机轴承结构广东国华台山电厂4号机组为上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术生产的亚临界600MW、一次中间再热、四缸四排汽、单轴凝汽式汽轮机。汽轮发电机组轴系由高压转子、中压转子、两个低压转子、发电机转子、励磁机转子组成。励磁机转子支撑于励磁机轴承（以下称11号轴承）上，为单支承转子，其它转子各自支承于两个径向轴承上，整个轴系有11个轴承。11号轴承是由一个钢制轴承壳体和4块浇有轴承合金的钢制瓦块所组成，轴承壳体用四块均布球面垫铁（均与垂直方向成45°角度）固定支承于轴承座内孔，在球面垫铁与轴承壳体之间的垫片是用来垂直地和水平地移动轴承，使转子准确地在轴承座中定位。如图1所示：①轴承箱盖；②瓦块；③垫块；④轴承壳体；⑤绝缘垫片（故障部件）及金属调整垫片；⑥球面垫铁（故障部件）；⑦紧固螺栓（故障部件）图1四瓦块可倾瓦轴承结构图2振动异常变化过程2011年3月17日22：10，4号机11号轴承X方向相对轴振动值呈明显增大趋势，11号轴承Y向相对轴振动及复合振动值也呈一致变化趋势，但振动变化量较小。如图2所示，3月19日12：55，11X振动达到259μm，4号机组开始滑参数停机转抢修。。图211号轴承振动变化趋势图3原因初步分析及处理方向1)通过分析对比9、10、11号轴承X、Y方向相对轴振动变化趋势，11号轴承相对轴振动爬升过程中，9、10号轴承相对轴振动并没有出现明显变化，初步判断11号轴承振动爬升与9、10号轴承的工作状态没有直接的关系，本次抢修不检查9、10号轴承。2)发电机有功、无功功率变化、励磁电流变化，对11X振动没有直接影响，基本可以排除发电机磁力不对中、匝间短路等发电机故障引起的振动问题。3)分析11号轴承间隙电压历史数据发现，11X方向间隙电压增大1.2V，11Y方向间隙电压增大0.5V，数据变化见表1，按照振动传感器输出电压与转轴间隙值的转换关系，1mm间隙对应-8V电压，故在X方向，转轴相对探头下沉0.15mm，Y方向，转轴相对探头下沉0.0625mm，按照矢量合成，如图3，11号轴径下沉0.1625mm，与垂直方向夹角为22.4°。由于检查振动探头无松动现象，11号轴承间隙电压发生较大幅度变化的原因可能是：转轴标高下降，引起动静碰摩，相对轴振动快速爬升。本次抢修重点检查励磁机转子标高数据。4)自3月18日0时开始，11X振动快速爬升，相位也发生较大幅度的变化，变化主要为工频分量；11X方向工频振幅从60μm爬升至259μm，相位从178°变为240°，11Y方向工频振幅从51μm增大至77μm，11Y相位变化10°以内。调阅历史数据，从2011年2月17日开始，11瓦振动就开始了异常变化，至3月16日，在一个月时间内11X工频振动从20μm增加至60μm，而相位没有明显变化，说明这一阶段只是单纯的支撑刚度变化导致的振动变化，从3月16起有可能由于动静部件的位置变化，产生碰摩故障，集电环转子产生临时热弯曲，导致振动相位在X方向也增加。表111号轴承轴振及间隙电压变化量测点正常时振动最大时11X11Y11X11Y间隙电压（v）-10.3-10.7-11.5-11.2振动/相位（μm∠o）60∠17851∠63259∠24077∠57图3励磁机转子标高变化矢量合成图5)分析11号轴承轴心轨迹变化趋势，如图4所示，根据参考文献，转子两个方向上动力特性相差较大时，轴心轨迹椭圆度较大，这时就会出现两个方向上振动探头读数相差较大的情况[1]，3月8日8时，X、Y方向振动探头读数分别为60μm和51μm，随着11号轴承振动的发展，11号轴径轴心轨迹向椭圆发展，至3月19日13时，X、Y方向的振动探头读数分别为259μm和77μm，说明11号轴承X、Y方向支撑刚度（动力特性）相差较大，Y方向支撑刚度大于X方向的支撑刚度。根据11号轴承的结构形式，其振动增大的原因可能是X方向的下垫铁松动或者轴承箱盖对X方向上的垫铁紧力不足。通过分析11号轴承间隙电压、轴心轨迹、振动幅值和相位趋势图，结合机组负荷、发电机相关参数等数据，得出引起11X振动增大的原因可能是：a）轴承壳体炉侧（X方向）下垫铁松动引起绝缘垫片发生磨损，使轴瓦标高下降；b）轴承箱盖对轴瓦的紧力消失；c）励磁机对轮部分螺栓紧力发生变化；d）动静碰摩加剧了轴振动的变化[2,3,4]。4处理情况4.1处理方案根据以上分析，确定11号轴承检修的主要项目为：1）11号轴承箱盖紧力检查；2）11号轴承的瓦块顶部间隙检查；3）11号轴承油挡洼窝中心测量；4）浮动油挡以及外油挡检查；5）11号轴承下部球面垫铁检查；6）11号轴径摆度测量；7）励磁机与发电机对轮连螺栓紧力及止动套筒检查。台山电厂《600MW机组集控运行规程》规定，当汽轮机高压缸调节级金属温度在204℃以下，若有紧急工作，可以短时间停运盘车，每停30分钟，应盘车180°进行自重直轴30分钟。4号机停机后，高压缸调节级金属温度降至204℃以下，间断停止电动盘车及润滑油系统，11号轴承进油管加装堵板后恢复润滑油系统运行，在转子上做好标记，每隔30分钟盘动转子180°，进行自重直轴30分钟。利用停盘车时间解体检查11号轴承。4.2检查情况测量11号轴承瓦块顶部间隙，电侧（在X方向上）0.27mm，炉侧0.14mm。图4励磁机转子轴心轨迹变化图表211号轴承修前修后数据对比轴承箱盖紧力(mm)顶部间隙(mm)转子摆度(mm)油挡洼窝中心(mm)下左右标准值0.02-0.050.18-0.22＜0.05---炉侧电侧炉侧电侧09年小修修后值0.050.030.140.220.033.693.843.82本次抢修修前值0.05/间隙0.20/间隙0.140.270.053.543.713.96本次抢修修后值0.050.050.190.200.043.703.823.8611号轴承炉侧下部垫铁（在X方向上，图1中部件6）4个固定螺栓（图1中部件7）紧力消失，垫铁松动，垫铁内部绝缘垫片（图1中部件5）厚度减薄0.12mm，绝缘垫片有磨损发黑的痕迹。11号轴承外油挡有轻微碰摩痕迹，对应的转轴部位也有碰摩过热的现象。检查轴承浮动油挡未见异常。励磁机转子摆度0.05mm，在标准范围内，励磁机与发电机对轮连接螺栓止动套筒无松动。与09年小修数据对比，油挡洼窝中心发生较大变化，炉侧变小0.13mm，电侧增大0.14mm，下部减小0.15mm，说明励磁机转子往炉侧下方偏移，标高下降0.15mm。2009年4号机C级检修后，轴承箱盖紧力测量数据：电侧0.03mm（紧力）、炉侧0.05mm（紧力），本次抢修解体测量数据：电侧0.20mm（间隙）、炉侧0.05mm（间隙）。轴承标高下降使轴承箱盖与垫铁的紧力配合变为间隙配合。检修数据见表2。4.3处理情况1）更换11号轴承下部垫铁的绝缘垫片，新的绝缘垫片厚度比旧的厚0.20mm，用力矩扳手以30N·m的力矩均匀紧固球面垫铁固定螺栓（螺栓规格M8），更换绝缘垫片后，11号轴承标高上抬0.16mm，11号轴承标高恢复至上次检修后的数据（见表2，前油挡洼窝中心变化数据）。2）调整11号轴承瓦块顶部间隙，在电侧上瓦块背后增加0.07mm的不锈钢垫片，炉侧上瓦块撤走0.05mm不锈钢垫片，调整后11号轴承瓦块顶部间隙为炉侧0.20mm，电侧0.19mm，在标准范围0.18mm～0.22mm之内。3）在11号轴承炉侧上部垫铁处增加0.10mm不锈钢垫片，电侧上部垫铁处增加0.15mm不锈钢垫片，调整垫片后11号轴承箱盖紧力为炉侧0.05mm，电侧0.05mm，在标准范围0.03mm～0.05mm之内。4）调整励磁机转子摆度至0.04mm，用力矩扳手检查励磁机对轮螺栓紧力均符合要求。4.4处理效果修后4号汽轮机启机定速3000r/min时，11X振动45μm，11Y振动24μm，复合振动最大63μm，机组带负荷600MW时，11X振动33μm，11Y振动20μm，复合振动57μm，振动值稳定。5原因分析11号轴承的每块球面垫铁与轴承壳体之间均有一对L形绝缘垫片（材质为环氧层压玻璃布），且用四个螺栓拧紧在轴承壳体上。炉侧下部垫铁的四个紧固螺栓由于紧力不均匀或者原始紧力不足，机组运行较长时间后，螺栓紧力消失引起垫铁松动及移位（垫铁与轴承壳体之间没有定位销子），绝缘垫片被磨损减薄，轴承支撑刚度下降，造成轴承振动增大。同时，绝缘垫片被磨损减薄及球面垫铁移位使11号轴