某台国产600MW机组振动异常爬升的故障分析及诊断

某台国产６００ＭＷ机组振动异常爬升的故障分析及诊断冯坤，陈长利，张景辉，李勇（国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心，河南郑州450001）摘要：本文通过对某台国产600MW 汽轮发电机组轴振的异常分析。

采用正向推理，根据机组存在的振动特征、故障历史进行搜索、比较、分析，采取逐个排除的方法，准确判断机组异常振动的原因是由于#2轴承处油挡碳化导致动静摩擦，逐渐恶化。

对其及时停机检查，避免了机组继续运行发生大轴弯曲事故。

关键词：汽轮机；振动；正向推理；摩擦中图分类号：ＴＫ２６８．＋１文献标志码：Ｂ文章编号：X(2016)02-056-04０引言某电厂＃２汽轮机为东汽生产Ｎ６００－２４．２／５６６／５６６型，超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机；发电机为ＱＦＳＮ－６００氢冷发电机，２００９年投产运行。

该机组共有９个轴承，＃１、＃２号轴承为支撑高中压转子的落地式轴承，＃３～＃６号轴承是支撑两个低压转子的座缸式轴承，＃７、＃８号轴承为发电机的两个端盖轴承，＃９号轴承为励磁短节支撑轴承。

机组轴系简图如图１所示。

图１机组轴系示意图１振动情况＃１汽轮机于２０１３年１２月２日Ｂ修结束，启动并网。

由于中缸排汽调节蝶阀法兰漏汽，一直未带高负荷。

１２月１６日，漏点带压堵漏正常后，＃１机恢复正常运行。

自１２月２３日起，＃１￣＃４轴承轴振，频繁出现振动爬升现象，随机组运行时间加长，振动爬升频率越来越高，振动爬升值越来越大，每次振动爬升持续１小时左右后，振动值恢复到正常水平。

至１２月２６日振动值已超过报警值。

其中１Ｙ、２Ｙ轴振最大爬升至２００微米，严重威胁机组的安全运行。

２振动特征从表１所列的振动数据中可以看出，在２０１３年作者简介：冯坤，本科，工程师，主要研究旋转振动爬升方向。

工况项目＃１号轴承＃２号轴承＃３号轴承＃４号轴承ＸＹＸＹＸＹＸＹ２０１３－１２－２５日８：４０通频／μｍ４０８２３８８２３１３６３３５１相位／（°）７３６３１１２０４１１４３５５３６２８０基频／μｍ２２４５２５６５２４２５２２３４２０１３－１２－２５日９：３３通频／μｍ８０１９２１０９１５４６１６６７２８９相位／（°）１６８７５３４６１４０１４５５５２２２４４基频／μｍ６１１７０９７２１７５６３２６５７６２０１３－１２－２５日１０：４１通频／μｍ３６６２４０７７２３３０４６４３相位／（°）３４３５７３０４２０５１１５９５３２５基频／μｍ２３３３２７６０２５１８２２２９８表１故障处理前同５００ＭＷ负荷下机组振动数据表故障分析１２月２５日８：４０时，机组振动爬升前，＃１￣＃４号轴承的轴振均在优良范围内，振动爬升后，９：３３分１Ｙ、２Ｙ振动值已超过报警值，其它测点振动值均有不同程度的爬升。

振动爬升前后，１Ｙ振动值增加１１０μｍ，相位变化３９°；２Ｙ振动值增加７２μｍ，相位变化６４℃。

振动持续１小时后，恢复到爬升前状态。

１２月２６日机组振动再次发生爬升现象（见图２、３），１１：２５分振动爬升后，１Ｘ振动值达到１１１μｍ，１Ｙ振动值达到２３１μｍ，２Ｘ振动值达到１３４μｍ，２Ｙ振动值达到１８４μｍ，３Ｘ振动值达到６７μｍ，３Ｙ振动值达到７５μｍ，４Ｘ振动值达到８９μｍ，４Ｙ振动值达到１２０μｍ，１２：４０分振动爬升１小时后，各测点振动恢复到爬升前状态。

图２＃１，＃２轴承径向振动趋势分析图图３＃３，＃４轴承径向振动及相位趋势分析图３振动故障原因分析３．１振动特性１Ｙ，２Ｙ振动爬升前后主要频率为基频（与转子转速同步的频率，５０Ｈｚ），同时存在少量的二次谐波（见图４）。

其它各测点的振动主要频率同样为基频，相位在振动爬升前后均出现不同程度的变化，其振动特性属于普通强迫振动。

机组振动爬升过程中，振幅、相位与机组运行时间具有一定关系，可以判断该机组振动属于不稳定普通强迫振动［１］。

引起普通强迫振动主要有三种因素：（１）轴承刚度、共振，激振力［１］。

＃１￣＃４轴承座连接刚度和结构刚度未发现异常，可排除由于结构刚度异常引起的普通强迫振动；（２）机组在定速运行数日后突然出现振动爬升，可排除共振的因素；（３）因此可判断＃１机组呈现不稳定的普通强迫振动是激振力变化引起的。

引起不稳定普通强迫振动的激振力有三种：（１）联轴器紧力不足；（２）不对称电磁力；（３）不稳定的不平衡力［１］。

由于振动发生在高中压转子及低压转子上，因此可排除不对称电磁力的因素。

联轴器因受力不均会附加到转子上一个扰动力，扰动力随负荷的变化而变化，但该机组的振动与负荷无关，因此可排除联轴器紧力不足的因素，因此可以推断出振动的主要原因是由于转子上存在不稳定不平衡。

进一步推理，振动的幅值、相位变化（见图２￣３）时间不可预测，随机性较强，因此振动属于随机变化的不稳定不平衡。

３．２振动故障判断汽轮发电机组随机变化的不稳定不平衡通常只有四种因素：（１）动静摩擦；（２）转动部件飞脱；（３）发电机负序电流过大引起套箍失去紧力；（４）转轴与水接触。

机组振动发生在高中压转子及低压Ａ转子上，可以排除发电机负序电流过大引起套箍失去紧力。

转动部件飞脱引起的振动往往是一次性的，机组振动会在很短的时间（１￣２ｓ）内发生，而且不能恢复到原始振动状态，＃１￣＃４轴承轴振爬升后振动值及相位均可恢复到振动爬升前，可以排除振动爬升是由于转子转动部件飞脱因素。

转轴与水接触引起的振动突增通常发生在新机启动及机组大修后启动过程中，并且检查高中压缸及低压Ａ缸各轴封输水管道温度均在正常范围内，可以排除转轴与水接触的可能。

因此＃１机组振动波动及突增的主要原因是动静摩擦。

３．３机组动静摩擦位置的判断汽轮发电机组动静摩擦引起的振动主要有以下基本特征：（１）振动主要是基频成分，即与转速同步的频率；（２）振动不稳定，处于不断变化中（包括幅值和相位的变化）；（３）振动的出现很突然，很难预期其出现，具有随机性［２］。

综上所述，该机组的摩擦振动除以上基本特征外，还具备以下特征：（１）出现的时间，该机组的振动异常是发生在机组连续运行数日后；（２）出现的位置，异常振动主要发生在高中压转子＃１、＃２轴承处，低压转子反应并不强烈；（３）发展趋势，通常，动静接触随着“磨合”时间延长，接触部件相互磨损，振动会逐渐降低并最终消失。

但是该机组的振动，总体上看，随着时间推移这种摩擦振动会越来越剧烈［３－４］。

结合该机组的振动特征及历史可以诊断该机的摩擦振动是由于＃１、＃２轴承箱油挡碳化，引起动静摩擦。

注：①１Ｙ振动爬升前频谱图②１Ｙ振动爬升后频谱图③２Ｙ振动爬升前频谱图④２Ｙ振动爬升后频谱图图４１Ｙ／２Ｙ振动爬升前后频谱图图５＃２油挡碳化物及磨痕４油挡碳化引起摩擦振动的机理４．１碳化原因油挡碳化引起的振动通常发生在汽轮机高中压转子上，并且是在机组运行一段时间后才发生，油挡碳化通常是由以下几点原因造成：（１）机组运行时，高中压缸本身热辐射大，冷却效果较差，导致缸体附近温度较高，特别是汽缸两端轴封及油挡处；（２）机组启动运行后，随着油系统排烟风机的投运，使各轴承箱内部呈现负压，周围的空气会通过轴承箱两端油挡处进入轴承箱，周围空气的灰尘及汽缸保温碎屑会随着空气流动进入油挡内；（３）油挡间隙通常很小，一般为０．５￣１．０ｍｍ的多道密封齿结构，在高温的作用下轴承箱内的油烟与灰尘及汽缸保温碎屑等混合，慢慢的碳化固结，形成软质油垢混合物粘接在油挡的密封齿上，当混合物随机组运行时间加长越积越多，油挡间隙减小，直至与转子直接接触，并经转子的摩擦和挤压温度急剧升高，加速碳化过程，表面部分的碳化物会逐渐变得结实坚硬，随着时间的推移，碳化物越积越多，与转子接触面积越来越大，直至引发摩擦振动。

４．２振动机理油挡碳化引起摩擦振动的机理是：当碳化物与转子接触为干摩擦状态，摩擦力通常都比较大，摩擦擦产生巨大的热量，接触处局部温升可达到数百度，从而形成不对称温差导致转子发生热弯曲，产生附加的不平衡质量。

由于碳化物不如金属物坚硬，经摩擦会被磨掉或挤向密封齿两侧，从而使转子与碳化物脱离，振动也逐渐恢复正常。

接着又是新一轮的聚集，振动，恢复［５］。

５结论汽轮机油挡碳化，引起的转子热弯曲，严重的影响了机组的安全运行，当热弯曲发展到后期将会造成转子永久变形，造成不可估量的经济损失［６］。

２０１３年１２月３０日，安排机组检修，发现＃２轴承箱外油挡内存在大量碳化物，有明显的摩擦痕迹。

２０１４年１月１２日，＃１机组启动并网，观察振动均在优良范围内，未再出现异常振动现象。

汽轮发电机组转轴碰磨引起机组振动突然增大，是运行最常见的振动故障之一，而故障诊断难点在于故障和特征之间不是一一对应关系，而是多重交叉关系，而且一种故障在特征上有多方面的反映［７］。

本文目通过严密的诊断方法，全面地考虑了机组所有的振动故障，通过正向推理，准确判断故障原因及部位，避免机组继续运行而导致转子产生永久性弯曲，同时减少了检修工作量。

参考文献［１］施维新．汽轮发电机组振动及故障［Ｍ］．２版．北京：中国电力出版社，２００８．［２］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年８月［３］施维新．浮动和接触密封对轴系振动的测试及分析［Ｊ］中国电力，２００４，３７（２）：１１－１６．［４］张卫军，曹作旺．汽轮机油挡积垢碳化摩擦振动的诊断［Ｊ］热力透平，２０１１，１２．４０（４）：２８２－２８５．［５］谢尉扬．汽轮机碳化摩擦振动分析［Ｊ］．华东电力，２０００，８：４２－４４．［６］汪江，金锐，陆颂元．大型机组动静碰摩故障振动特征分析与现场处理［Ｊ］．汽轮机技术。

２００２，４４（１）：４６－４７．［７］施维新．振动故障诊断及发展［Ｊ］．中国电力２００８，０３．４１（３）４８－５２．收稿日期：2016-05-27。