330 MW机组励磁机振动故障分析与处理

刘 宇，何兆波，张海涛，唐士明，金俊先

(1.国家能源集团科学技术研究院有限公司，江苏 南京 210046；2.国能双辽发电有限公司，吉林 四平 136400；3.国能哈尔滨热电有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

振动是影响汽轮发电机组安全性的重要参数之一，机组振动可分为强迫振动与自激振动。火电机组常见的振动故障原因有质量不平衡、动静碰磨、油膜振荡与汽流激振等[1]。

质量不平衡是引起振动故障常见原因，现场动平衡是处理旋转机械振动故障的有效手段[2-5]。

1 设备与故障概述

1.1 设备概况

某电厂汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的亚临界参数、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、双抽供热凝汽式汽轮机，型号为N330/C255-16.67/0.8/537/537；发电机由哈尔滨电机厂有限责任公司生产，型号为QFSN-300-2；励磁机型号为JL-1434-4。汽轮机轴系简图见图1。

图1 机组轴系简图

1.2 故障概述

电厂于2020年3月—5月进行A级检修，于5月19日进行修后首次冲转，顺利定速3000 r/min，而后停机备用。备用期间对励磁机进行检修，于6月7日再次进行冲转，冲转过程中励磁机7X振动数值最高超过200 μm，定速后7X振动数值达102 μm，数值偏高。

2 振动故障分析

5月19日A级检修后首次冲转，励磁机转子通过临界转速2300 r/min各轴瓦振动数值见表1，定速3000 r/min后，各轴瓦振动数值见表2。

表1 A修后首次冲转2300 r/min振动数值

表2 A修后首次冲转3000 r/min振动数值

备用期间对励磁机进行检修，检修过程中解开励磁机与发电机对轮，恢复后对轮晃度达80 μm。于6月7日再次冲转，励磁机相关各轴瓦振动数值见表3、表4。

表3 励磁机修后2300 r/min振动数值

表4 励磁机修后3000 r/min振动数值

由表3、表4中可以看出，励磁机检修后，通过临界转速时振动以1倍频为主，且振动数值较首次冲转发生较大改变。7X振动的频谱图与波德图分别见图2、图3。由图2、图3中可以看出，励磁机7瓦振动主要以1倍频为主，波德图中可以看出7X振动数值随着转速变化存在典型的波峰，判断7X振动偏高的主要原因为质量不平衡。

图2 7X振动的频谱图

图3 7X振动的波德图

3 振动故障处理

对于励磁机质量不平衡故障，现场动平衡试验是有效的故障处理手段[6-8]。

3.1 平衡原理

a.测量原始振动

把转子转速升高到第一临界转速附近，测量轴承振幅和相位，根据需要可选用定速或者变速测量。

b.试加重和测量加重后的振动

选取一阶试加重，求出各个选定平面上的加重值，依次加到各个平面上。重新启动转子，重复第一步骤，测量试加重后的振动。

c.计算一阶平衡重量

求出一阶平衡重量Q1与试加重P1的比值α1，计算式为

(1)

A1+B1=(A01+B01)-(A0+B0)

(2)

式中：A0、B0为转子上未加重时在相应转速下的2个轴承振动；A1、B1为转子上加了P1后，在2个轴承上引起的加重效应；A01、B01为转子上加了P1后轴承的振动。

这里的试加重P1实际上为一组重量，为计算平衡方便，一般以某一平面上加重数值和方向为准。

把每个平衡面上的试加重重量分别乘以α1，即可获得每个平衡面上所需的一阶平衡重量的数值和方向。

3.2 现场动平衡过程

考虑电厂的启动周期与加重便利，第1次配重在励磁机与发电机对轮，加重方向为360 g∠168°，配重后启动机组，励磁机相关各轴瓦通过临界转速与定速3000 r/min振动数值见表5、表6。

表5 对轮加重后励磁机2300 r/min振动数值

表6 对轮加重后励磁机3000 r/min振动数值

由表中振动数值可以看出，在对轮上配重后平衡效果未达到最佳值，临界转速下7X振动数值虽有下降，但工作转速下振动数值依然偏高。

分析认为对轮上加重质量受到限制，且配重的形式为跨外配重，对于型号为JL-1434-4的励磁机，对跨外配重的振动响应不明显，如需取得良好的平衡效果，应在转子的跨内加重。

保留对轮上已有配重，在励磁机7瓦侧风扇环配重340 g∠200°。转子跨内配重后，再次启动机组，励磁机相关各轴瓦通过临界转速与定速3000 r/min振动数值见表7、表8。

表7 风扇环加重后励磁机2300 r/min振动数值

表8 风扇环加重后励磁机3000 r/min振动数值

励磁机风扇环加重后，7X启动过程波德图见图4。

图4 风扇环配重后7X振动的波德图

3.3 处理结果

通过在励磁机风扇环上配重，励磁机转子平衡良好，顺利通过临界转速，转子定速3000 r/min后，励磁机相关各轴瓦振动数值均达到优秀水平。

3.4 加重形式对励磁机影响对比

本次励磁机现场动平衡试验分别在励磁机与发电机对轮处、励磁机7瓦侧风扇环处进行配重，可以看出在励磁机转子跨内与跨外配重效果存在一定的差异，表9为2次配重对7X影响系数的对比。由表9中可以看出，转子对跨内配重的响应显著大于跨外，在进行类似振型的平衡时，应优先选择跨内加重。

表9 2次配重对7X振动影响系数的对比

4 结论

a.该励磁机7瓦振动数值偏高的原因为质量不平衡，质量不平衡的振动特征为1倍频振动分量较大，且振动稳定。

b.采用现场动平衡试验可较好地解决质量不平衡故障。因检修条件限制，对轮晃度超标不严重情况下，可通过现场动平衡解决振动故障。

c.对于励磁机转子，在转子跨内加重的响应效果要优于跨外，现场动平衡试验时应优先选择在转子跨内进行配重。