北仑电厂2号机组振动故障分析及处理

张浩泉，浙江电力试验所，吴文见(杭州)，王慧婷，张建业，北仑电厂，陈明华(宁波)，摘要北仑电厂2号机组10号瓦水平轴向振动长期徘徊在120m左右，有时高达140m，对机组安全构成威胁。本文对振动故障进行了深入的分析和研究，提出并实施了处理故障的措施，最终消除了故障。密封瓦振动不平衡响应的动平衡

.，。因此涡轮发电机的安全性受到了影响。对振动故障进行了分析和研究，最后给出了消除故障的处理方法。

关键词土壤密封振动响应装置装配平衡1总结T2。A.650.30.4.46、亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排气、脉冲、双背压冷凝600MW汽轮机、水-氢-氢冷却发电机和风冷无刷励磁机由法国GEC-ALSTHOM设计制造。轴系中转子之间采用刚性连接。发电机和励磁机的支撑特点是：发电机和励磁机由两个椭圆轴承支撑；励磁机转子通过8个螺栓和12个5575mm定位销与发电机端部直接连接；励磁机的端部没有支撑轴承，这就形成了励磁机转子的悬伸悬臂梁结构。

自1994年机组启动调试以来，发电机前后轴承振动不稳定或超标。法国GEC-ALSTHOM公司多次派专家到工厂解决这一问题，并提出了增加注油口和引入高压油的处理方案，以平衡密封圈的水平推力，避免或减少与轴径的径向摩擦，减少振动。但是，由于系统复杂以及密封靴漏油增加等可能的缺点，该产品被当场拒绝。

根据密封瓦的工作原理，从理论上分析了密封油温、轴承支撑方式等影响密封瓦工作的因素，并进行了实验验证。实验研究表明，影响10号轴承振动的因素是复杂的，是各种因素综合作用的结果。主要原因是励磁机转子的不平衡响应过大以及轴颈与密封轴承之间的摩擦。通过以下措施：(1)提高安装维护质量，使励磁机转子振动保持在合格范围内；(2)提高和改善密封瓦的加工精度，避免密封瓦的擦伤；(3)提高励磁机转子的平衡精度，包括实施考虑热因素的现场轴系动平衡，使机组10号轴承振动自1998年2月以来一直稳定运行在80m以下。2振动历史2.1生产过程中的振动

1994年5月15日3时，当负荷为150兆瓦，发电机无功功率由13兆瓦增加到101兆瓦时，9号瓦振动变化较大，最大达到140微米；无功功率调整到80MVar，振动逐渐减小。9月后机组负荷逐渐增加到300 ~ 400 MW，9号、10号瓦振动波动，周期变化约3小时。9月23日，在605兆瓦的负荷下，测得10号瓦的水平和垂直振动分别为122.8和91.6微米。满负荷运行168小时，10号瓦的水平振动和垂直振动最大值分别降至116 m和87 m。27日，进行了变无功振动测量试验。机组负荷约440兆瓦，功率因数由0.98变为0.85，励磁电流由1950A变为2450A，9号振动变化不大，10号瓦垂直振动由55.6微米增至80.6微米，水平振动由80.6微米增至109.4微米.2.2 1995年5月8日振动

同日19时55分，机组带负荷运行，10号瓦水平振动128微米，垂直振动95；负荷降至500MW时振动不变；21: 00负荷降至350MW，10号瓦水平和垂直振动分别上升至135和100微米；当负荷降低到260兆瓦时，水平和垂直振动分别达到145微米和122m，然后机组被迫红色

小修时，机组更换了一对有加工误差的10号密封瓦座(厂家新提供)，在密封瓦油槽钻了24个 2.5 mm的均衡孔，每周12孔，每瓦3孔。小修后，10号瓦水平振动在70 ~ 90微米之间，运行一段时间后，振动再次增大。通过这次小修，10号瓦的周期性波动消失了。310号瓦振动特性3.1振动周期性变化

10号瓦振动不稳定，周期性变化。垂直振动的振幅在10100微米范围内波动，水平在30120微米范围内波动，相位在360范围内变化。振动波动的幅度与密封油温有关，变化周期约为3 ~ 4 h，振动频率主要为基频。3.2振动与单位负荷有关

振动随着随机负荷的增加而增加，主要性能随着发电机无功功率的增加而加剧，振动频率仍以基频为主。4振动周期变化的分析与实验研究4.1密封瓦的工作原理

密封瓦由密封瓦支架、密封圈和弹簧圈组成，其结构如图1所示。其中，密封圈分为左右两个整圆，每个圆由四个1/4环组成，密封圈通过弹簧圈压靠在密封瓦支架端面和轴颈上。其工作原理是：油室充有压力油，油压略高于空侧和氢侧。压力油沿着两个密封圈的中间排放到空侧和氢侧。转子旋转时，密封圈与轴颈之间形成油膜，将氢气与大气隔离，达到防止氢气沿轴向泄漏的目的。密封圈的端面设有环形油槽，以减小端面的摩擦力，使密封圈能够在密封瓦支架内自由浮动。4.2轴颈与密封圈摩擦的机理分析

在实际运行中，当密封圈端面两侧的轴向力不平衡，且该力产生的摩擦力大于密封圈的上下移动力时，密封圈会在径向浮动调整中被卡住。在密封环和转子之间

间隙相当小，一旦密封环不能自行调整就会产生动静之间的摩擦。　　摩擦是一个复杂的过程。摩擦所产生的振动特征因摩擦的程度、摩擦产生的部位及摩擦的形式不同而不同。密封环与转子之间的摩擦是旋转部件与活动部件之间发生的摩擦，这种摩擦相对一般摩擦而言，其摩擦程度较轻，且为全周或连续摩擦。

全周或连续摩擦其产生的冲击力较小，振动波形不一定发生畸变，其频谱中所占有的高频分量较小。摩擦产生的热弯曲相当于在转子上附加了一个不平衡力，这个不平衡力与原始的不平衡力叠加后产生了一个新的不平衡力，新的不平衡力矢量随热弯曲力的矢量变化而发生周期性的变化，但其变化的幅度和热弯曲与原始不平衡力的比值有关。当热弯曲力的矢量小于原始不平衡力时，两者合成矢量变化较小，相位变化小于90°；反之，两者合成矢量变化较大，相位360°连续变化。

4．3改变密封油温试验

密封环与转子之间有强烈的振动偶合关系，改变密封油的温度，可改变密封环端面、径向油膜的刚度，使密封环上各作用力的平衡状态发生变化，从而改变了密封环与转子之间的动特性。提高密封油温，可降低密封油的粘度，提高密封油的流动特性，减少密封油对密封环的不平衡作用力，提高密封环的自调性，防止动静摩擦。改变密封油温度的另一个因数，即改变了动静间隙，提高密封油温可使密封环的膨胀量增大，从而增大动静间隙，使密封瓦摩擦的概率大大降低。

为验证密封油温对10号瓦振动的影响，进行了改变密封油温试验。试验工况：发电机负荷为500MW左右，无功基本维持在230MVar附近，改变发电机密封油温分别为51、45、42℃，每一油温稳定4h左右，观察轴系振动的变化。试验数据［1］表明：

（1）密封油温与两瓦振动成反比，油温高振动小，反之加剧；

（2）密封油温的改变主要影响10号瓦振动，这与10号瓦后励磁机的支撑方式及励磁机／发电机轴系不平衡响应过大有关；

（3）当密封油温在51℃时，10号瓦垂直、水平振动分别维持在30μm和40μm以内，相位基本不变；当油温在45℃和42℃时，该瓦振动开始波动，相位角发生连续变化，振幅最大达80～100μm，但幅值到达一定值后不再上升，而趋于稳定并开始下一周期的循环，循环周期约为3h，表现出典型的早期摩擦振动特征；在振动变化周期中，振动的最大值随油温的下降而上升，油温提高可减轻密封瓦的摩擦。5励磁机／发电机轴系不平衡响应实测的试验研究5．1励磁机／发电机轴系不平衡响应实测试验

10号瓦所发生的振动，从振动性质而言，属普通强迫振动，而主要表现为轴振大，因此可排除支承刚度问题；在排除支承刚度不足之后，应分析转轴动刚度是否正常。轴系不平衡响应（影响系数）是反映转轴动刚度是否正常的1个有效指标。为此，我们在励磁机原加重半径上加重，并实测工作转速下的9、10号瓦垂直振动影响系数，结果如表1。而水平振动的影响系数约是垂直的2倍左右。5．2励磁机／发电机轴系不平衡响应测试结果分析分析不平衡响应测试结果表明：（1）励磁机转子加重对9、10号瓦振动的影响有着显著的区别，10号瓦的影响是9号瓦的6～10倍；（2）10号瓦的数值又远远大于其它机组（见表2），且两次数据差高达一倍。据参考文献［2］介绍，对于100MW容量以上机组的影响系数如果低于表2中的数据，这些机组不但运行平稳而且在投产时现场轴系平衡比率在正常范围之内；若是表2数值的几倍，则振动不稳定和现场轴系平衡比率将显著增大。例如国产引进型300MW机组（励磁机／发电机三支承结构），在励磁机转子整流环上加重，励磁机转子加长之前工作转速下6、7号瓦影响系数较正常值高2～3倍；励磁机转子加长之后，尽管励磁机的临界转速有所降低，但6、7号瓦的影响系数仍高达300～600μm／kg，7号瓦反而有所上升，较正常值高出2～4倍。这类机组在投产时的现场动平衡比率较高，6、7号瓦振动还呈现明显的不稳定，嘉兴电厂的1、2号机组就如此。　5．3励[1][2]下一页

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