某型机组轴承钨金损坏的诊断与处理

某型汽轮发电机励磁机轴承钨金损坏的诊断与处理(大唐洛阳首阳山发电有限责任公司，河南偃师471900)摘要：通过对某型300MW汽轮发电机组的振动进行跟踪测试分析，发现该机主励磁机（#7）轴承振动逐步增大，而轴承垂直、水平振动的高次谐波也同步增大，诊断为轴瓦钨金损坏。检查发现#7轴承上瓦脱胎，通过检修处理后，#7轴承的高次谐波消失，机组振动恢复到原来正常状态。关键词：汽轮发电机组轴承钨金高次谐波振动诊断Diagnosis中图分类号：文献标志码：0概述汽轮发电机组是一个多转子多轴承组成的转子轴承系统。引起汽轮发电机组振动的因素是多方面的，总体上又可以分为两大类，一是由转子因素引起的，如质量不平衡、中心不正、断叶片、转子裂纹、动静碰磨等，另一是由支撑系统因素引起的，如轴瓦损坏、轴瓦半速涡动、结构共振、动刚度不足等。而汽轮发电机组轴承基本上都是滑动轴承，滑动轴承种类很多，有椭圆形、可倾瓦等。滑动轴承工作原理主要依靠轴承与轴颈之间的油膜来承担载荷，油膜还可以起到减轻摩擦、减少磨损的作用，油膜的特性，对于整个转子-支撑-基础系统的动力特性有很大影响[1]。某型300MW汽轮发电机组主励磁机#7轴瓦发生了随时间增加振动逐步增大的现象，其轴振动仍然处于报警值之内，但是其轴承振动频谱中有大量高次谐波，高次谐波大于基频，为主频率。在此分析的基础上，检查发现#7轴瓦上瓦磨损、脱胎等，同时调整了发电机-励磁机波形联轴器中心，再次启动机组振动正常，轴承的高次谐波消失。1振动试验某厂#4机组是日立公司和东方电机厂生产的300MW机组，共有10个支承轴承。#1、#2号轴承为支承汽机高中压转子的落地轴承，#3、#4号轴承为汽机低压转子的两个坐落在排汽缸上的支承轴承，#5、#6号轴承为支承发电机转子的端盖轴承，#7、#8号轴承为支承主励磁机转子的落地轴承，#9、#10号轴承为支承付励磁机转子的端盖轴承，发电机转子与主励磁机转子由波形筒半挠性联轴器连接。图1机组轴系结构示意图机组振动测点布置如下：机组#1～#8轴承均装有1个电涡流传感器。该电涡流传感器在其轴承的测量平面内的安装角度与上侧轴瓦的垂直中心线成45°倾角，自汽轮机向发电机方向看，是左45°，称为为x方向，见图2。X方向传感器45°图2轴振动测点布置示意图#4汽轮发电机组自2007年5月大修结束后，#7轴振逐渐增大。振动变化分为三个阶段:1.12007年5月至2008年5月#7瓦轴振总体上保持在65um至80um之间，说明振动状态良好。1.22008年6月至11月，#7轴振呈加速上升趋势，轴振总体上升约30um，期间最高值达117um。此阶段开始定期测试#7轴承振动，主要测量了#7轴承垂直方向和水平方向的振动速度的有效值。见表1和表2。可以看出，无论是轴承的垂直方向还是水平方向振动，均出现了100Hz、150Hz和200Hz的高次谐波成份，大于基频振动，其中150Hz的振动值最大，成为主频率，其次是100Hz的振动，也就是通常所说的2倍频振动，再次是200Hz的振动成份，50Hz振动最小，也是通常称为的基频振动。1.32008年12月后，#7轴振略有增加，基本保持在110um至120um之间窄范围波动。可以看出，此阶段，#7轴振动基本稳定。与2008年10月25日对比，无论是轴承的垂直方向还是水平方向振动，50Hz、100Hz、150Hz、200Hz的振动均发生了比较大的变化，有的增加，有的减少，但是有一个规律，即150Hz的振动总体上是增加的。2008年12月3日，#4机临停，为检查#7轴振动增大原因，对波形联轴器及其对轮螺栓和#7瓦进行了检查，发现#7轴瓦上瓦前部左侧有局部脱胎现象；为查明#7瓦局部脱胎原因，启动后对#7瓦进行了振动测试和分析，发现有高次谐波振动成份存在。表1#7轴承垂直振动数据单位：mm/s时间振动值50Hz100Hz150Hz200Hz2008-10-251.23.95.12.62008-12-222.32.46.03.62008-12-312.12.45.81.0表2#7轴承水平振动数据单位：mm/s时间振动值50Hz100Hz150Hz200Hz2008-10-253.12.63.66.32008-12-226.010.44.36.62008-12-314.47.46.75.12振动原因分析轴承振动频谱中的高次谐波是指基频(1X)的整数倍的频率成分，如2X、3X、4X、5X….。3000r/min运行时的频率为100Hz、150Hz、200Hz、250Hz…。高次谐波振动属于非线性振动。高次谐波具有较高的能量，如在同样的振幅下，3X分量产生的交变力是1X的3倍。因此这种振动往往导致轴瓦的损坏，而轴瓦的损坏又使这种振动进一步加剧。高次谐波振动一般有一个发生和发展的过程，一旦振动达到较高的水平，说明轴瓦已经损坏。[2]高次谐波产生的原因是多方面的，往往是轴承存在某种缺陷和损坏的反映。包括：垫铁接触不良：垫铁在轴承盖和上瓦之间，轴承盖必须与垫铁接触良好，并有一定的紧力，一般为0.05～0.15mm。如果紧力消失，甚至出现间隙，轴承盖与垫铁之间的刚度将随着轴承座垂直方向的位移而变化；轴瓦损坏：轴瓦大面积损坏，破坏了油膜形成的正常条件，使轴径与轴瓦之间发生干摩檫，这时轴承的刚度会表现出强烈的非线性；大的转子振动：当转子振动超过轴承间隙时，将引起轴径和轴瓦的直接撞击，这会导致垫铁紧力的消失和轴瓦的损坏。该机组#7轴瓦表现为轴振动和轴承振动逐步增大，振动的通频值远大于基频值，振动频谱除了基频之外，还有较大的2X、3X、4X….等分量，其中3X振动最大。而#7轴瓦的轴振最大为117μm，说明转子振动不是太大。另外查阅检修记录，垫铁紧力也在合格范围。因此轴瓦损坏不能排除，需要检查处理。另外通过观察随着#4机#7轴振的增加，轴瓦温度呈下降趋势。2008年6月到2008年12月，#7轴振由76μm上升至110μm，其轴瓦温度从56℃下降至50℃。而#4机主励磁机的励侧轴瓦（#8瓦）温度一直稳定在58℃左右。说明#7瓦运行中轴承脱空，负载减小，轴颈在轴承中的偏心率减小，稳定性降低，导致励磁机转子中心发生变化，造成#7瓦上瓦面与轴颈接触、磨损，引起上瓦脱胎是产生高次谐波振动的主要原因。因此，除了处理损坏上瓦外，还需要检查调整发电机-励磁机波形联轴器中心。3处理措施2009年5月，#4机B级检修，对#7瓦进行解体检查，发现#7瓦上瓦局部脱胎，如图3。与测试分析结果相符。检查调整情况为：将励磁机中心比设计中心提高0.03～0.05mm，以增加#7瓦运行状态下的负载。同时，按照标准将波形联轴器与发电机转子同心度调至标准值以内。#4机励磁机修后中心实际提高了0.035mm。#4机励磁机波形联轴器与发电机转子同心度修后最大偏差为0.2mm。图3上瓦脱胎情况图2009年6月，#4机启动。负荷300MW时，#7轴振为46μm，轴瓦温度为58.5℃；#8轴振为36μm,，轴瓦温度为59.5℃。说明#7轴振达到优良水平，而#7瓦轴承振动高次谐波成份消除，至今运行稳定，见表3、表4。表3#7轴承垂直振动数据单位：mm/s时间振动值50Hz100Hz150Hz200Hz2009-6-251.300.030.010.2009-7-261.350.040.0102009-11-201.250.050.020表4#7轴承水平振动数据单位：mm/s时间振动值50Hz100Hz150Hz200Hz2009-6-251.800.200.0102009-7-261.760.240.0202009-11-201.840.220.0204结语4.1该机组轴瓦损坏的振动特征主要表现在轴振动和正常振动逐步增大，轴承振动频谱中出现明显的高次谐波成份，其中150Hz为主频率，100Hz、200Hz振动成份也比较明显。4.2#7瓦由于负载小，主励磁机运行状态下转子中心发生变化，引起#7瓦上瓦面与轴颈接触、磨损和上瓦脱胎，是造成#7瓦产生高次谐波振动的主要原因。4.3转子振动状态的细微变化都能从频谱上有所反映，针对异常情况，连续跟踪，认真分析，是发现和解决问题的关键。参考文献[1]张值明.滑动轴承的流体动力润滑理论[M].北京：高等教育出版社，1986.[2]寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场动平衡[M].北京：中国电力出版社，2007.300MW机组给水泵汽轮机轴瓦振动处理案例摘要：介绍300MW机组小机转子轴瓦振动问题的处理方案及过程。通过长期运行跟踪记录，对比分析，以及热力试验，查找出振动的本源，并在机组检修过程中通过优化轴振检测方式，调整#2轴瓦瓦座支撑，以及动平衡实验等手段成功解决了小机轴瓦振动问题。关键词：小机转子轴瓦振动1、概况1.1设备概况河南某发电厂2*300MW（日立机组1996年投产）汽轮发电机组给水泵汽轮机（简称：小汽机）为东方汽轮机厂制造，型号为G6.6-0.78（8）。额定功率：6607KW；额定转速：5400r/min；压力、温度：0.814MPa、336℃；临界转速：2545r/min；脱扣转速：6380±100r/mi；冷凝压力：0.0051MPa。该小机共设4个轴承，#1、#2轴承支撑小汽轮机，为五瓦块可倾瓦。二转子间用齿形联轴器连接，#3、#4轴承支撑汽泵转子。见轴系简图。图1轴系简图1.2设备振动情况及历次处理情况#4给水泵汽轮机自#4机投产以来，#2瓦振动一直偏大（满负荷情况下，#1瓦轴振0.04mm，#2瓦0.06mm），且呈逐年上升趋势，受转速影响明显。2006年07月，#4小机#2瓦在5200rpm时#2瓦轴振达到报警值0.80mm，触发报警。但#4小机转速在5000rpm以下时，#2瓦振动明显减小。曾利用历次检修机会对小机转子及其围带、小机#1、#2支持轴承、小机轴封、转子中心、联轴器、给水泵芯包做了多次全面检查，未发现问题。针对以上情况，2009年5月#4机组B级检修时，根据先易后难的原则，从消除#4小机#2瓦共振入手，在小机#2瓦瓦座下方简单加焊了两个槽钢加强支撑，以提高#2瓦的自振频率和连接刚度（连接刚度不足是造成轴瓦动刚度不足的重要原因之一）。#4小机修后进行了单转试2小汽机汽泵#2#3#1#4验，试验最高转速至5440r/min。在5440r/min下，#1、2轴振动分别为50m和60m，#2轴瓦水平振动为21m。与历史数据比较，振动状况明显改善，说明针对#2轴承振动问题进行的技术措施合理、有效。但好景不长，在09年12月停机再启动后，#2轴承振动增大，转子轴振有时出现报警。跟踪数据显示轴振最大值达83m，就地测量水平瓦振最大值达109m，垂直瓦振正常（33m左右），振动最大值多发生在小机转速5400转的工作区域（满负荷区域）附近。在通过OIS系统对小机振动情况跟踪发现小机#2瓦轴振存在跳变现象，特别是小机转速在3750转时跳变几率较大，跳变范围从60-80m，跳变持续时间不长，跳变时就地测量瓦振水平方向为20-25m之间，垂直方向为10-15m之间，轴瓦振动数据无明显跳变情况。实地检查，#2瓦所加装支撑焊缝开裂，瓦座加强失效。2、振动原因综合分析2.1机组的现场振动试验分析（试验设备及方式：采用将临时加装速度传感器接入美国B.N.208DAIU系统进行采集分析，测量位置在#2垂直、水平和轴向方向，TSI系统轴振动缓冲输出信号接入。试验状态：2010年1月26日14：57，机组负荷256MW，机组转速5121-5222r/min，）设备振动主要表现在#2轴承水平、轴向和轴振动上，在5320r/min下振动正常，在5420r/min下，振动达到最大值；振动频率是基频，性质是普通强迫振动；#1、#2轴振动始终存在一个50Hz的振动分量；振动原因是#2轴承刚度不足或小机存在质量不平衡。2.2检测情况综合对比分析2.2.1振动与转速比较分析：通过数据对比发现，#4小机#2瓦振动受转速影响明显。随着转速的升高而增加，说明振动产生原因与支撑系统有关，支撑系统存在受迫共振。