摘要:本文闡述給出了600MW機(jī)組當(dāng)前較普遍存在的振動(dòng)缺陷的表現(xiàn)特征,分析結(jié)論認(rèn)為缺陷產(chǎn)生的原因與汽機(jī)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)剛度不足和低壓缸整體結(jié)構(gòu)剛度偏低有關(guān),同時(shí)發(fā)電機(jī)制造階段的轉(zhuǎn)子熱老化不充分或電氣故障有直接影響;否定了關(guān)于蓋振不代表瓦振并不參加考核的意見;從設(shè)計(jì)制造以及現(xiàn)場(chǎng)處理角度給出了該類機(jī)組振動(dòng)處理和改進(jìn)的意見和建議。
　　關(guān)鍵詞:600MW機(jī)組;振動(dòng)缺陷;原因分析
　　0前言
　　目前,國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組已投運(yùn)和調(diào)試的有近200臺(tái),成為火力發(fā)電主力機(jī)組,這些機(jī)組的設(shè)計(jì)制造水平較之300MW、200MW機(jī)組有顯著進(jìn)步,但仍存在一些共性的重要缺陷,其中軸系振動(dòng)問題最為突出。本文根據(jù)對(duì)數(shù)臺(tái)600MW機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試分析和處理,給出振動(dòng)缺陷的表征、分析了異常振動(dòng)產(chǎn)生的原因、對(duì)廠家提出的振動(dòng)考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論,并從設(shè)計(jì)制造以及現(xiàn)場(chǎng)處理角度給出了一些意見和建議。
　　1600MW機(jī)組振動(dòng)缺陷的表征
　　近年,作者對(duì)多臺(tái)600MW機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和處理,并對(duì)國(guó)內(nèi)同型機(jī)組的振動(dòng)狀況做了簡(jiǎn)單調(diào)研,發(fā)現(xiàn)這類機(jī)組共性的振動(dòng)缺陷特征如下:
　　(1)汽輪機(jī)低壓B的5號(hào)、6號(hào)瓦和低壓A的3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)大;同時(shí)存在不穩(wěn)定現(xiàn)象,隨機(jī)組工況、時(shí)間呈現(xiàn)非定常的過大變化;
　　(2)發(fā)電機(jī)前瓦7號(hào)軸振大,熱變量超出常規(guī)值;有些機(jī)組3000r/min定速振動(dòng)大,有些定速時(shí)不大,但隨負(fù)荷出現(xiàn)超常增大。
　　圖1和圖2是個(gè)別機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)。
　　這兩種振動(dòng)缺陷在600MW機(jī)組中存在的比例較高,根據(jù)不完全資料統(tǒng)計(jì),2004年之后投運(yùn)的44臺(tái)600MW機(jī)組中,有37臺(tái)振動(dòng)超標(biāo),占84%;其中32臺(tái)瓦振超標(biāo);15臺(tái)軸振超標(biāo)。
　　這些振動(dòng)缺陷對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)電廠該型機(jī)組的安全投運(yùn)和工期造成較大影響。業(yè)主為了配合振動(dòng)測(cè)試查明問題所在,在調(diào)試階段需要多次啟機(jī);為實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)處理,又需要專門安排停機(jī)檢查或做動(dòng)平衡,耗費(fèi)物力財(cái)力,延誤工期。
　　2振動(dòng)缺陷產(chǎn)生原因
　　根據(jù)對(duì)數(shù)臺(tái)600MW機(jī)組數(shù)據(jù)和相關(guān)情況分析研究,得到關(guān)于振動(dòng)缺陷的具體原因是:
　　(1)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)剛度不足、低壓缸整體結(jié)構(gòu)剛度偏低;
　　(2)低壓缸瓦蓋剛度偏低;廠家提出的“瓦蓋振動(dòng)不作為考核標(biāo)準(zhǔn)”不妥,缺少理論和技術(shù)依據(jù);對(duì)機(jī)組安全沒有保證;
　　(3)制造階段發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱老化不充分,轉(zhuǎn)子承受電氣載荷變化的能力低;數(shù)臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配質(zhì)量存在缺陷,運(yùn)行后造成匝間短路。
　　

                                                 
　　
　                                             　圖1某廠2號(hào)機(jī)帶負(fù)荷5號(hào)、6號(hào)瓦振大、不穩(wěn)定(hl206、hl209)
　　                                     

                                                
　　                                                                                圖2某廠1號(hào)機(jī)軸振7Y隨負(fù)荷爬升現(xiàn)象(hl101)
　　這些原因主要和廠家的設(shè)計(jì)制造有關(guān)。
　　3汽機(jī)低壓轉(zhuǎn)子支承和缸體結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)缺陷
　　測(cè)試數(shù)據(jù)顯示較多機(jī)組汽機(jī)低壓B的5號(hào)、6號(hào)瓦振和低壓A的3號(hào)、4號(hào)瓦振偏大,且不穩(wěn)定。有人懷疑,是否是因?yàn)樵撛�型機(jī)來自外方,國(guó)內(nèi)在引進(jìn)過程中沒有考慮外方機(jī)組轉(zhuǎn)速3600r/min而導(dǎo)致的在3000r/min發(fā)生了結(jié)構(gòu)共振。
　　經(jīng)驗(yàn)表明,僅從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試判斷機(jī)組在3000r/min振動(dòng)過大是出自結(jié)構(gòu)共振還是出自支承剛度低,有一定難度,因?yàn)楸碚黝愃?都會(huì)在3000r/min出現(xiàn)振峰,但這個(gè)振峰的寬度和形狀是有區(qū)別的[1]。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和分析,判斷600MW汽機(jī)低壓瓦振大的原因不是結(jié)構(gòu)共振,而是支承系統(tǒng)剛度和整個(gè)缸體剛度過低。
　　600MW機(jī)組4個(gè)低壓缸軸承座落在低壓缸中部,用筋板和管材支承。根據(jù)對(duì)類似結(jié)構(gòu)的200MW機(jī)組測(cè)試,軸承座的標(biāo)高和空間位置很容易受到機(jī)組工況,如缸體構(gòu)件溫度、真空、凝汽器水位、背壓、油溫、負(fù)載分配變化等因素影響,進(jìn)而導(dǎo)致瓦振出現(xiàn)明顯波動(dòng)[2]。
　　提高缸體剛度,從設(shè)計(jì)制造角度很容易實(shí)施。整個(gè)缸體的動(dòng)力特性可以采用有限元進(jìn)行較準(zhǔn)確的計(jì)算分析,同時(shí)能夠進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,在制造廠家進(jìn)行較為方便,在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)座上也可測(cè)定。對(duì)于現(xiàn)代大型機(jī)組,這是一項(xiàng)在設(shè)計(jì)階段或樣機(jī)階段應(yīng)該進(jìn)行的工作,尤其對(duì)那些已經(jīng)出現(xiàn)問題的機(jī)型,更必須做深入、細(xì)致的專項(xiàng)計(jì)算分析和試驗(yàn)研究,確定問題根源,及早修改設(shè)計(jì)。
　　在現(xiàn)場(chǎng)采用加筋板、支承的方法提高低壓缸軸承座支承剛度,甚至采用在低壓缸裙部加焊封板的方法,通常都帶有盲目性,這在200MW機(jī)組上采用過,實(shí)踐證明沒有效果[3]。
　　最根本的方法是從原始設(shè)計(jì)上提高軸承座剛度。
　　4關(guān)于低壓缸的“蓋振”
　　國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組低壓缸軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來自外方600MW機(jī)組,都是采用10mm的薄鋼板做的罩殼(稱之瓦蓋)罩在瓦座上,與上瓦枕不接觸。因而,測(cè)量瓦振的速度傳感器只有安裝在這個(gè)瓦蓋上,它測(cè)得的是瓦蓋的振動(dòng),而非軸承或與軸承硬接觸部件的振動(dòng)。為此,廠家給出了一個(gè)關(guān)于振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的新名詞:“蓋振”;同時(shí)他們認(rèn)為,這個(gè)蓋振自然比真實(shí)的瓦振大,進(jìn)一步推論,蓋振的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)比瓦振寬;現(xiàn)今測(cè)得蓋振70μm、80μm,實(shí)際瓦振要小得多,可以安全運(yùn)行;廠家還提出:依據(jù)外方的說法“瓦蓋振動(dòng)不作為考核標(biāo)準(zhǔn)”。這些觀點(diǎn)和提法是否合理?在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3臺(tái)機(jī)組的蓋振和同一軸向截面的低缸中分面振動(dòng)做了詳細(xì)測(cè)試,結(jié)果見表1。
　　                  
　　表1600MW機(jī)組蓋振和中分面振動(dòng)部分實(shí)測(cè)結(jié)果(一倍頻振幅(μm)/相位/通頻振幅(μm))
　　低壓缸中分面振動(dòng)與實(shí)際瓦振相差無幾。表中數(shù)據(jù)表明,瓦蓋對(duì)于瓦振沒有呈現(xiàn)明顯的放大作用。因而,“真實(shí)瓦振要遠(yuǎn)小于蓋振”的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。
　　眾所周知,機(jī)組振動(dòng)有3種衡量方式:瓦振、轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)、軸振絕對(duì)振動(dòng)。80年代以前國(guó)內(nèi)電力行業(yè)對(duì)中小機(jī)組振動(dòng)只采用瓦振,其后逐漸增加軸振;鑒于國(guó)內(nèi)絕對(duì)軸振測(cè)量不準(zhǔn),較多采用相對(duì)軸振。相對(duì)軸振反映的是轉(zhuǎn)子相對(duì)支承或缸體的振動(dòng),僅采用這一種方式是不能完全保證設(shè)備安全的,因此,在用相對(duì)軸振的同時(shí),必須還測(cè)取瓦振。從設(shè)備安全和振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)角度分析,如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的相對(duì)軸振很小而瓦振很大,意味著站在固連于缸體的運(yùn)動(dòng)座標(biāo)上看,做弓形回轉(zhuǎn)的軸振振動(dòng)很小,兩者相對(duì)接觸可以避免;但轉(zhuǎn)子本身的動(dòng)應(yīng)力和軸承支承受到的動(dòng)應(yīng)力還取決于缸體本身的振動(dòng)量值;缸體和支承振動(dòng)大,轉(zhuǎn)子和構(gòu)件承受的動(dòng)應(yīng)力必定高。面對(duì)一個(gè)相對(duì)軸振很小而瓦振很大的機(jī)組,如何能夠給出“設(shè)備安全”的評(píng)價(jià)結(jié)論?
　　這里,制造方強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是外方如此說。外方原本說的是只考核“相對(duì)軸振”還是“絕對(duì)軸振”?如果原意是考核“絕對(duì)軸振”,是正確的;如果原意是考核“相對(duì)軸振”,外方的技術(shù)和理論依據(jù)是否提供并消化?既然只考核軸振不計(jì)瓦振,廠家是否同意將瓦振不送到監(jiān)盤的DCS界面?只考核軸振,瓦振有無參考限值?或是容許任意大?本文認(rèn)為,從保證機(jī)組設(shè)備安全的角度,在考核相對(duì)軸振的同時(shí),瓦振(或蓋振)的考核絕對(duì)不能缺少。
　　5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱老化問題
　　國(guó)產(chǎn)600MW發(fā)電機(jī)前瓦7號(hào)軸振大,隨負(fù)荷出現(xiàn)過大增量,熱變量超出常規(guī)值。
　　據(jù)了解,近年投運(yùn)的10臺(tái)同型機(jī)組,發(fā)現(xiàn)其中有6臺(tái)存在類似振動(dòng)故障:某廠3號(hào)機(jī)組7號(hào)軸振隨負(fù)荷可從40μm爬升到70μm;某廠4號(hào)機(jī)組7號(hào)軸振隨負(fù)荷從60μm~70μm增加到120μm;某廠2號(hào)機(jī)組存有同樣的情況,振動(dòng)變化量大約80μm;某廠2號(hào)機(jī)7號(hào)軸振與勵(lì)磁電流有關(guān),隨電流的增加而增加,可以從并網(wǎng)前的58μm增加到184μm,機(jī)組600MW勵(lì)磁電流大于3500A時(shí),振動(dòng)根本無法穩(wěn)定;最終轉(zhuǎn)子返廠,查出匝間短路,處理后振動(dòng)缺陷消除。
　　7號(hào)軸振一倍頻成分隨勵(lì)磁電流增大的直接原因,應(yīng)該是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上存在著可變化的不平衡質(zhì)量;能夠產(chǎn)生這種不穩(wěn)定質(zhì)量的一個(gè)常見來源是轉(zhuǎn)子本體或轉(zhuǎn)動(dòng)部件發(fā)生熱變形。通風(fēng)道不暢、匝間短路可以造成轉(zhuǎn)子的熱彎曲;轉(zhuǎn)子/靜子動(dòng)靜碰磨、密封瓦碰磨也會(huì)使轉(zhuǎn)子熱彎曲;端部線圈熱變形、護(hù)環(huán)可恢復(fù)性位移同樣會(huì)造成7號(hào)軸振一倍頻成分隨勵(lì)磁電流增大的現(xiàn)象。
　　關(guān)于7號(hào)軸振的異常振動(dòng)原因,根據(jù)廠家和現(xiàn)場(chǎng)多方面的情況分析,一個(gè)主要原因是轉(zhuǎn)子在制造廠“熱老化”過程不足,這個(gè)熱老化包括轉(zhuǎn)子本體鍛件的時(shí)效處理,線棒、線圈組件的熱老化、熱疲勞等,以及轉(zhuǎn)子在制造廠動(dòng)平衡過程加熱工藝(原外方工藝)的過分簡(jiǎn)化;另一個(gè)原因是轉(zhuǎn)子可能存在線棒、槽楔隨勵(lì)磁電流發(fā)生徑向位移等機(jī)械缺陷,或存在如匝間短路的電氣故障。
　　對(duì)600MW發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因,應(yīng)該排除下列可能:低/電對(duì)輪螺栓緊力不足。如果緊力不足,振動(dòng)應(yīng)該隨之有功,即大軸扭矩變化;排除低/電對(duì)輪對(duì)中不良的可能;排除振動(dòng)原因來自低壓B的可能;排除密封瓦碰磨的可能;排除7號(hào)瓦、8號(hào)軸瓦存在缺陷或剛度不足的可能;排除發(fā)電機(jī)平衡塊飛脫或移動(dòng)的可能;排除基礎(chǔ)、二次灌漿、安裝的缺陷。
　　6關(guān)于600MW機(jī)組振動(dòng)缺陷的后續(xù)處理意見
　　600MW機(jī)組的振動(dòng)問題在數(shù)年前已經(jīng)顯露,從技術(shù)角度審視,它的振動(dòng)缺陷不是國(guó)內(nèi)前所未有的特殊疑難問題;組織力量,進(jìn)行深入細(xì)致的工作完全可以在早期消除;從用戶方面來看,各個(gè)集團(tuán)公司、各個(gè)電廠處于分散獨(dú)立狀態(tài),國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的職能部門牽頭與廠家及早協(xié)調(diào)處理,以至于最終造成現(xiàn)今600MW機(jī)組較大范圍存在振動(dòng)缺陷的局面。
　　對(duì)調(diào)試階段出現(xiàn)振動(dòng)問題的600MW機(jī)組,主要采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的方法可以降低,動(dòng)平衡效果取決于具體實(shí)施動(dòng)平衡的振動(dòng)專業(yè)技術(shù)人員。該型機(jī)組的動(dòng)平衡規(guī)律有一些特殊之處,加重過程中需要注意。
　　還應(yīng)該注意,并非所有振動(dòng)大的600MW機(jī)組都可用動(dòng)平衡的方法解決,對(duì)存在電氣故障的發(fā)電機(jī),在沒有客觀正確預(yù)估動(dòng)平衡效果之前,不宜盲目采用動(dòng)平衡;但利用振動(dòng)測(cè)試可以協(xié)助準(zhǔn)確判斷是否存在電氣故障。對(duì)于目前振動(dòng)良好的機(jī)組,仍需要對(duì)其振動(dòng)予以格外的關(guān)注,發(fā)現(xiàn)異常苗頭,及早分析。
　　建議設(shè)計(jì)制造部門投入一定人力物力,拿出存在振動(dòng)問題的服役機(jī)組后續(xù)處理方案,包括缸體、支撐加固方案,以從設(shè)計(jì)上消除該型機(jī)的先天不足。
　　7結(jié)論
　　國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組在較大范圍存在軸系振動(dòng)缺陷,主要原因是轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)剛度不足、低壓缸整體結(jié)構(gòu)剛度偏低;低壓缸瓦蓋剛度低,這些均與廠家的設(shè)計(jì)與制造有關(guān);廠家提出的“瓦蓋振動(dòng)不作為考核標(biāo)準(zhǔn)”不妥,對(duì)機(jī)組安全缺少保證;振動(dòng)原因還來自于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱老化不充分,轉(zhuǎn)子承受電氣載荷變化的能力較低;數(shù)臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配質(zhì)量存在缺陷,運(yùn)行后造成匝間短路。
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