泰国某水泥厂余热发电站1号汽轮机组振动的原因分析及处理

泰国某水泥厂余热发电站1号汽轮机组振动的原因分析及处
理
王晓建
【摘要】针对余热电站1号机组试运中存在的2号轴承振动超标问题,根据机组振动时出现的特殊现象,即振动相位等变化,结合振动频率的形式,得出机组具体振动部件缺陷的结论,从而减小了查找机组振动原因的困难程度.通过机组中振动缺陷的分析判断和处理,指出了机组转子上采用锥度孔配合套装连接的转子部件,例如发电机转子的联轴器或无刷式励磁机的转子,应有必要的检验措施.同时综述了安装等应注意的事项,对设备的监造检验、安装和机组试运均有一定的实用价值.
【期刊名称】《水泥技术》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】4页(P89-91,94)
【关键词】发电机联轴器;松动;瓢偏;振动频率;相位角
【作者】王晓建
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172.625.9
泰国某水泥厂余热发电工程是利用水泥生产线排放废气中的低温余热的发电机组。

其汽轮机系杭州中能汽轮动力有限公司生产，型号为BN9-1.25/0.12，低参数单
缸直联冷凝式汽轮机。

发电机系济南发电设备厂生产的型号为QFW-12-2，单支座无刷励磁汽轮发电机。

2008年3月，机组启动试运行时，在额定转速工况下，在线的汽轮机重要参数监测仪表显示，2号轴承处的轴振值为70μm以上，与汽轮机厂家联锁保护的给定值，各瓦处的轴振值＞70μm报警、＞100μm停机的要求不符。

机组各轴承振动值超标会对机组的安全运行造成严重影响。

其结果会加剧设备机械工作性能的降低或使机械根本无法工作，使某些零部件因受附加的动载荷而加剧磨损、疲劳，甚至破裂，从而影响使用寿命或造成事故。

机组轴承振动值大造成的损坏，较为常见的是轴承部件。

例如轴瓦乌金的局部等部位，上半轴承乌金的破裂的现象较为普遍。

由于轴瓦乌金的补焊和浇注工艺条件要求较为严格和复杂，很难保证乌金的修复质量，多数机组只得对乌金破裂损坏等故障采取购买备用轴瓦，检修时更换的方式。

2.1 振动监测的方式
机组试运使用测振仪，选择速度传感器接收轴承座的振动信号，监测和分析振动的变化。

与在线的汽轮机重要参数监测仪表或一般测振表不同，其突出特点是，测振仪不仅能显示振动值的大小，而且能够将监测到的振动值分解为1X、2X和0.5X 等几种频率的谐波成分，既可显示振动频率，又可显示振动的相位角，除了振动的最大值，振动角度也是可知的。

借助于测振仪显示的振幅、频率和相位角，我们才有可能将一些复杂的振动问题通过分析判断，得出较为正确的结论，使其缺陷得到迅速的处理。

根据测振仪的结果，与在线的汽轮机重要参数监测仪表显示比较，可以看出，不仅2号轴振动大，3号轴承也存在相同的振动超标问题。

2.2 影响机组膨胀的各项检查和处理
2008年3月24日，首先检查汽缸台板间隙，各立销、横销间隙以及影响机组膨
胀的汽水管道和支吊架等，确认无异常，排除了造成机组振动的各种隐患。

其次，复查和处理汽-发刚性联轴器中心。

如果是安装因素造成轴承垫片接触不实，或是各轴承垫块的接触调整有偏差，在试运行中，各轴承将会趋于稳定，造成汽-
发联轴器中心的改变，使机组的振动增加。

根据检查结果发现，汽-发联轴器的中心变化较大，出现严重超差。

圆周偏差为
0.24mm，端面偏差为0.145mm。

将汽-发联轴器重新进行中心调整至合格范围后，机组3月26日和3月30日分别进行了两次启动。

额定转速时，测振仪显示的2号和3号轴承的水平振动值见表1。

同其他两个方
向相比，2号和3号轴承的水平振动值最大。

3.1 振动相位角度显示的变化
表1显示的是机组第一次启动和调整处理汽-发联轴器中心后，又进行了两次启动的振动数据。

根据上述记录可知：
（1）2号和3号轴承的振动相位角基本一致，同时变化。

（2）机组第一次启动时，在间隔10min内，2号和3号轴承的振动相位角同时
出现范围一致的变化。

（3）机组第二次和第三次启动相比较，在汽-发联轴器未做任何中心调整的情况下，其2号和3号轴承的振动相位角改变值均约为180°。

3.2 2号和3号轴承振动值超标的故障分析
3.2.1 联轴器松动造成装配倾斜变化
监测的振动频率为1X频。

此类频率的振动大主要是由转子的不平衡离心力大引起的。

检查在转子组装动平衡试验时试加的平衡块配重，确认平衡块在转子平衡槽内固定无误。

经查阅图纸等资料确认，汽轮机转子与联轴器为圆柱和孔配合的连接方式，配合紧力为0.30mm，加热套装联轴器；而发电机转子与联轴器为1：10的锥度和孔配合的连接方式，配合紧力为0.09～0.14mm，即在发电机转子轴端的圆锥面上加热套装联轴器。

这种联轴器的一个特点是，如果联轴器孔的锥度和发电机转子配合处轴的锥度有偏差，则会在圆锥接触面上出现线接触配合，此时往往会伴随有联轴器倾斜和松动现象，联轴器倾斜使得不平衡增加，松动可能使振幅加大，合格的振动值变为不合格，同时，还可能会出现振动相位角的变化。

2号和3号轴承振动相位角度出现变化后，重新测量发电机联轴器端面瓢偏和圆周晃度，检查结果发现端面瓢偏和圆周晃度出现与安装值不符的现象。

发电机联轴器端面瓢偏和圆周晃度值记录见表2。

由表2的数据变化可以确认，发电机联轴器出现了倾斜现象。

分析认为，因联轴器松动出现振动增加，其振动频率也应是属于以1X频为主要谐波的形式。

依据振动特征及相关信息可以确定振动的原因。

目的是将可疑点尽量缩小，为有针对性处理缺陷提供依据。

首先，2号和3号轴承的振动相位角同时变化，提示这个不平衡离心力同时影响了两个轴承，应在两个轴承附近，而联轴器正在两轴承之间。

其次，在很短时间内，2号和3号轴承的振动相位角同时出现范围一致变化，提示这个不平衡离心力方向是不稳定的，而联轴器的松动也会是不稳定的。

第三，2号和3号轴承的振动相位角改变值均约为180°，提示只有转子上的某一部件，出现对称角度即180°位置的改变，或者取消这一部件，才会有如此的相位变化结果。

如果是转子取消的部件影响，那么还应有足够大的质量，否则不会出现不平衡离心力朝相反方向的改变。

而联轴器的扭动倾斜也会出现这一特征。

发电机联轴器端面瓢偏测量位置示意图见图1。

发电机联轴器圆周晃度测量位置示
意图见图2。

发电机联轴器正常和倾斜示意图见图3。

3.2.2 其他影响
根据机组安装时的检查结果，发电机联轴器的端面瓢偏和径向晃度符合标准要求。

这足以保证，不会出现装配时联轴器的松动造成装配倾斜现象。

通过进一步的测量检查，才理解是由于相信联轴器瓢偏的正确无误，从而忽略了联轴器也是可以由人为因素来改变的，即通过车削处理联轴器端面的错误处理方式，使其测量的基准面瓢偏达到现场安装时的要求。

然而车削处理的结果无疑造成了联轴器质量的不平衡以及更为严重的联轴器松动隐患。

事实上，当联轴器出现装配倾斜，而端面瓢偏不显示时，采用很简单的方法即可发现问题，即测量联轴器各对称点的端面厚度。

检查结果发现，在联轴器180°角的对称两点，端面厚度的差值为0.35mm，而刚性联轴器端面瓢偏的标准为
≤0.02mm。

联轴器的厚度出现如此大的偏差，充分表明上述经过人为车削处理的分析是正确的。

3.2.3 2号轴承的自身刚度差
四轴瓦支撑的机组，特别是2和3号轴承为非落地式轴承的汽轮发电机组，由于轴系结构刚度的原因，机组的振动最大值一般表现在3号轴承上。

机组的问题在联轴器，与一般四轴瓦机组振动表现不同，振动超标同时出现在2号和3号轴承两处。

分析认为，这主要是由于2号轴承自身刚度差的原因所致。

通过查阅图纸资料并比较，3号瓦为球面瓦，支撑在球面座上，基于球面的设计，使得3号轴承的刚度较大；而2号瓦不是球面瓦，也未设调整垫块，轴瓦直接支撑在轴承座凹窝上，刚度较小。

所以，不平衡离心力会在薄弱处轴承表现出较大的振动值。

（1）抽出发电机转子，测量联轴器瓢偏，以及两半楔形平键的侧部间隙，并做好记录。

平键的侧部间隙按标准要求为±0.03mm，使用塞尺实际测量结果，在两件
对称180°的平键上，一件侧部间隙为0.20mm，另一件侧部间隙为0.10mm，这一缺陷只能通过整修键槽和重新配置平键的方法来处理。

（2）松开轴端的止退垫片和M130×4的锁紧螺母。

制作专用支架固定联轴器，采用千斤顶稍加预应力，结合氧气-乙炔火焰加热的方式，顶发电机转子的端面中心，从锥度配合的结合面上，退出发电机联轴器。

联轴器基本未预热时，千斤顶稍微加力，联轴器即很容易退出，检查圆锥配合的结合面，确认为线接触，证实对联轴器缺陷的分析判断准确无误。

（3）吊起发电机联轴器，采用多次涂色穿入联轴器检查接触，并刮研锥度配合的结合面的方法，使其联轴器锥度面的孔和转子轴端的锥度逐渐趋于一致，即逐渐实现了锥度孔和转子轴端的面接触。

（4）锥度配合的结合面达到面接触要求后，在发电机转子上做好轴向限位块和标记，吊起发电机联轴器加热。

温度达到150℃左右时，套装联轴器，检查套装到位。

（5）套装联轴器后，进行联轴器瓢偏检查。

可以确认检查结果肯定不合格，因为经过车削端面的处理，在联轴器重新套装后，真实接触的端面则变为斜面。

因此还需要用同样的方法对联轴器固定后的真实端面瓢偏进行刮研处理。

（6）联轴器端面瓢偏刮研处理合格后，即恢复安装发电机转子。

缺陷处理后的机组，再次启动时，重新进行了动平衡调整。

这是因为现场对转子的处理，与厂内组装时联轴器的质量相比较出现了改变。

（7）经重新动平衡试验调整后，机组运行中，2号和3号轴承处的振动值以及在线监测的2号轴振值下降，达到了规范要求。

5.1 联轴器或无刷式励磁机转子的检查
机组转子上采用锥度孔配合套装连接的转子部件，例如联轴器或无刷式励磁机的转子，安装时应有必要的检验措施，例如对联轴器两点应进行对称厚度的测量检查，
对无刷式励磁机的转子，应选表面粗糙度符合测量要求的位置进行晃度测量检查，避免出现转子部件组装与轴线倾斜的现象。

5.2 联轴器螺栓孔检查
根据规范要求，安装联轴器螺栓不得过松或过紧。

联轴器螺栓与孔的间隙要求一般为0.01～0.03mm，还应保证螺栓与孔的表面粗糙度符合规范要求。

在螺栓和孔的表面涂透平油，用紫铜棒轻轻敲击螺栓尾部，逐渐穿入联轴器。

机组安装时，联轴器的部分螺栓穿入时较为困难。

说明联轴器的倾斜，导致联轴器部分螺栓孔也随之倾斜，螺栓在穿入发电机联轴器的螺孔上出现了折线，这时更需要检查联轴器的厚度，判断缺陷。

5.3应注意影响机组膨胀的因素
（1）机组的循环水进出口管道配置有伸缩蝶阀，安装前应留出充分的膨胀余量，试运前应注意检查蝶阀的长杆限位螺栓，解除沿压缩方向的限制。

（2）凝结水泵入口管道的垂直管上应设置波形补偿器。

（3）凝汽器水侧放水管安装的走向，注意不要将垂直管直接埋入地面，应改为水平管段排地沟，并有膨胀余量。

（4）主蒸汽管道支架布置方式，应充分考虑不妨碍机组的膨胀。

上述事项都曾在各电站的机组试运时，因膨胀不畅问题造成振动大的影响。

泰国某水泥厂余热电站1号汽轮机组2号和3号轴承出现的振动偏大问题，经过测量检查、分析判断和机组动平衡等针对性的缺陷处理，得到了有效的解决，为今后处置余热电站机组的同类缺陷提供了宝贵经验。

【相关文献】
［1］寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡［M］.北京：中国电力出版社，2007.。