【正文】 600MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng)試驗(yàn)研究總結(jié)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組基本特性簡(jiǎn)介 600MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)目前，國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組由上海、哈爾濱和東方三大廠家分別引進(jìn)美國(guó)西屋公司、日本東芝公司和日本日立公司技術(shù)制造，主要有亞臨界和超臨界兩種型式。、主蒸汽和再熱汽溫度為538℃；、主蒸汽和再熱汽溫度為566℃。汽輪機(jī)都是一次中間再熱、三缸四排汽、雙背壓凝汽式。發(fā)電機(jī)為定子線圈水內(nèi)冷、定子鐵芯和定子端部氫外冷、轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷，靜態(tài)自并勵(lì)方式。三大主機(jī)制造廠家的機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)基本相同，由高中壓轉(zhuǎn)子、Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子、Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成，軸系末端的勵(lì)磁滑環(huán)短軸連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的尾部，各轉(zhuǎn)子之間用剛性對(duì)輪連接。略有不同的是上海、哈爾濱機(jī)組兩個(gè)低壓缸之間有接長(zhǎng)短軸，東方機(jī)組Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子的較長(zhǎng)外伸端代替了接長(zhǎng)短軸。機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子、兩個(gè)低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子共有8個(gè)主軸承，每個(gè)軸承安裝有互成90176。的x、y兩個(gè)軸振動(dòng)和垂直瓦振三個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。在勵(lì)磁滑環(huán)的9穩(wěn)定軸承上，上海、哈爾濱機(jī)組也同樣安裝了三個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，但東方機(jī)組沒有振動(dòng)測(cè)點(diǎn)。到目前為止，我省已經(jīng)安裝調(diào)試完畢投入運(yùn)行的600MW機(jī)組共有7臺(tái)，其中湘潭電廠二期工程4機(jī)為上海超臨界機(jī)組，金竹山B廠擴(kuò)建工程2機(jī)為哈爾濱亞臨界機(jī)組，鯉魚江B廠2機(jī)為東方亞臨界機(jī)組，長(zhǎng)沙電廠1機(jī)是東方超臨界機(jī)組。即將投運(yùn)的有長(zhǎng)沙電廠2機(jī)組，益陽(yáng)電廠二期4機(jī)為上海超臨界600MW機(jī)組。在上述幾臺(tái)機(jī)組的調(diào)試和運(yùn)行過程中，出現(xiàn)的振動(dòng)問題以動(dòng)靜碰磨和軸系不平衡最為多見，摩擦引起振動(dòng)問題的機(jī)組占67%，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的機(jī)組約占85%，也出現(xiàn)過以前沒有的一些新問題。通過本項(xiàng)目的探索研究，投產(chǎn)機(jī)組的振動(dòng)問題都已經(jīng)基本得到解決。 國(guó)產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機(jī)組基本參數(shù)上海汽輪機(jī)廠、電機(jī)廠生產(chǎn)的600MW機(jī)組，為超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、雙背壓、反動(dòng)式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN6002，水氫氫冷卻方式。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子、Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁滑環(huán)短軸組成，兩個(gè)低壓轉(zhuǎn)子之間有一根接長(zhǎng)短軸，各轉(zhuǎn)子之間由剛性對(duì)輪連接（圖1）。2軸承為4瓦塊可傾瓦，位于高中壓缸前后的軸承箱內(nèi)；3～6軸承也為4瓦塊可傾瓦，都座落在低壓排汽缸上；8軸承下面是兩塊活動(dòng)瓦、上面為圓筒瓦，支撐在發(fā)電機(jī)端蓋上；勵(lì)磁滑環(huán)短軸與發(fā)電機(jī)尾部連接，另一端用4瓦塊可傾瓦的9軸承支持。（1）軸系各轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值：高中壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)一階臨界轉(zhuǎn)速1640/16101680/16001690/1600820/763二階臨界轉(zhuǎn)速4000/40004000/40004000/40002300/2200圖2 軸系各支撐段尺寸（2）各跨度參數(shù)：（3）各軸承參數(shù)：軸承尺寸mm軸承載荷KN軸承比壓MPa理想標(biāo)高mm軸承預(yù)調(diào)量mm1號(hào)2號(hào)3813號(hào)5084號(hào)5085號(hào)50806號(hào)50807號(hào)5004208號(hào)5004209號(hào)102高中壓—Ⅰ，；接長(zhǎng)軸(固定在Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子)—Ⅱ，Ⅱ；低—，Ⅱ。 哈爾濱亞臨界600MW汽輪發(fā)電機(jī)組基本參數(shù)哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)，型號(hào)為N600－。機(jī)組軸系有高中壓轉(zhuǎn)子、A低壓轉(zhuǎn)子、接長(zhǎng)短軸、B低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁整流子，各轉(zhuǎn)子均采用剛性聯(lián)軸器連接，軸系結(jié)構(gòu)與上海超臨界機(jī)組基本相同（圖1）。軸系中1～6軸承采用可傾瓦式軸承外，其余均采用橢圓形軸承。圖3 軸系撓度曲線(1) 軸系各轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值：高中壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)A低壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)B低壓轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(軸系/軸段)一階臨界轉(zhuǎn)速1630/16081637/16101658/1610792二階臨界轉(zhuǎn)速4000/40004000/40004000/40002249(2) 軸承標(biāo)高值：軸承號(hào)軸承標(biāo)高（mm）軸承號(hào)軸承標(biāo)高（mm）1627384950(3) 聯(lián)軸器張口及錯(cuò)位值：連軸器號(hào)連軸器直徑(mm)張口值（*）(mm)錯(cuò)位值（**）(mm)2—3Ф9784—XФ978用螺栓緊固X—5Ф9786—7Ф978注： * 張口值“+”表示聯(lián)軸器端面張口在下部較大； ** 錯(cuò)位值“+”表示調(diào)速器端的聯(lián)軸器頂端較高； 2—3表示2號(hào)支承與3號(hào)支承之間的聯(lián)軸器； 4—X表示4號(hào)支承與中間軸之間的聯(lián)軸器； X—5表示中間軸與5號(hào)支承之間的聯(lián)軸器； 6—7表示6號(hào)支承與7號(hào)支承之間的聯(lián)軸器。東方汽輪機(jī)廠、電機(jī)廠生產(chǎn)的600MW機(jī)組，為亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、雙背壓、沖動(dòng)式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN600222C，水氫氫冷卻。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、A低壓轉(zhuǎn)子、B低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁滑環(huán)短軸組成，各轉(zhuǎn)子之間由剛性對(duì)輪連接（圖4）。2可傾瓦位于高中壓缸前后的軸承箱內(nèi)，3～6橢圓瓦座落在低壓排汽缸上，8橢圓瓦支撐在發(fā)電機(jī)端蓋上，勵(lì)磁滑環(huán)短軸與發(fā)電機(jī)連接，另一端用一個(gè)穩(wěn)定軸承支持。機(jī)組軸系冷態(tài)安裝曲線的設(shè)計(jì)充分考慮了各轉(zhuǎn)子支承在熱態(tài)下的標(biāo)高變化量，其標(biāo)高變化量的補(bǔ)償值是根據(jù)計(jì)算值和試驗(yàn)值確定，可以保證工作狀態(tài)下軸系的旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心達(dá)到良好的吻合。(1)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果：1 階2 階高中壓轉(zhuǎn)子（軸段/軸系）1650/16924778A低壓轉(zhuǎn)子（軸段/軸系）1670/17244178/3835B低壓轉(zhuǎn)子（軸段/軸系）1697/17434266發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（軸段/軸系）933/9842691/2676(2)轉(zhuǎn)子基本參數(shù)：高中壓轉(zhuǎn)子A低壓轉(zhuǎn)子B低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度 mm8800876213063轉(zhuǎn)子質(zhì)量 Kg27635646436650868849支承內(nèi)跨距 mm0006000600010061轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kgm178。309622625228139777(3)各軸承在工作狀態(tài)下的負(fù)荷分配結(jié)果與不平衡響應(yīng)計(jì)算值：軸承號(hào)12345678支反力響應(yīng)值1816212325232724(4)各軸承冷、熱態(tài)標(biāo)高及載荷：標(biāo) 高軸 承 載 荷軸承比壓冷 態(tài)mm熱 態(tài)mm冷 態(tài)KN熱 態(tài)KN冷 態(tài)MPa熱 態(tài)MPa1號(hào)2號(hào)3號(hào)04號(hào)05號(hào)06號(hào)07號(hào)8號(hào)高中壓轉(zhuǎn)子與A低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器上下、左右張口均要求為零，A、B低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器上下、。項(xiàng)目研究主要內(nèi)容已經(jīng)投產(chǎn)和正在安裝的超臨界、亞臨界600MW汽輪發(fā)電機(jī)組是我省目前及今后一段時(shí)期內(nèi)的主力機(jī)組。由于600MW機(jī)組主蒸汽壓力和溫度比300MW機(jī)組大大提高，蒸汽流量成倍增加，軸系轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度也增長(zhǎng)很多。除300MW機(jī)組上已經(jīng)發(fā)生的振動(dòng)問題外，有可能存在以前沒有出現(xiàn)過的新的振動(dòng)問題，必須在技術(shù)上進(jìn)行儲(chǔ)備，測(cè)量?jī)x器方面提前進(jìn)行準(zhǔn)備。新的振動(dòng)問題主要包括：軸系各個(gè)轉(zhuǎn)子加重相互影響必須考慮的軸系動(dòng)平衡，轉(zhuǎn)子高階振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法，汽輪機(jī)的汽流激振、低頻振動(dòng)和軸系穩(wěn)定性現(xiàn)象，汽輪機(jī)動(dòng)靜碰磨判斷和處理，軸系標(biāo)高對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響及軸承標(biāo)高調(diào)整，排汽缸軸承振動(dòng)特性，發(fā)電機(jī)密封瓦工作狀況對(duì)振動(dòng)的影響等。項(xiàng)目具體研究?jī)?nèi)容為：（1）之前300MW機(jī)組各個(gè)轉(zhuǎn)子及支撐系統(tǒng)特性差別較大，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡時(shí)在某個(gè)轉(zhuǎn)子本體加重對(duì)相鄰轉(zhuǎn)子其他振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的影響很小，基本上相當(dāng)于單轉(zhuǎn)子平衡。600MW機(jī)組兩個(gè)低壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速接近，支撐特性相同，都是座落在排汽缸上，軸承座剛度很差。在其中一個(gè)轉(zhuǎn)子上加重很可能對(duì)另一個(gè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)產(chǎn)生較大影響，這種影響可能是振動(dòng)增加，也可能是振動(dòng)降低。當(dāng)另一個(gè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)增加時(shí)，必須同時(shí)調(diào)整另一個(gè)轉(zhuǎn)子的平衡。軸系中轉(zhuǎn)子之間的這種相互影響，在現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)處理工作中，必須對(duì)軸系各個(gè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)進(jìn)行全面考慮，以使各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值都在要求范圍內(nèi)。（2）300MW及以下汽輪發(fā)電機(jī)組，工作轉(zhuǎn)速一般在各個(gè)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速之上、二階臨界轉(zhuǎn)速以下。轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡考慮一階、二階振型的平衡就已經(jīng)足夠。而600MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度達(dá)10米以上，二階臨界轉(zhuǎn)速為2200~2700r/min，工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)可能受三階振型的影響較大。理論上平衡三階振型必須有三個(gè)加重面，但現(xiàn)場(chǎng)不抽轉(zhuǎn)子的情況下顯然并不具備這一條件。必須考慮現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡三階振型的軸向加重位置，以及對(duì)一階、二階振型的作用和對(duì)相鄰振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的影響。（3）大型汽輪發(fā)電機(jī)組啟停一次花費(fèi)巨大，直接燃油費(fèi)用一般在數(shù)十萬(wàn)元，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡時(shí)力求一次成功。這項(xiàng)工作對(duì)專業(yè)人員提出了很大挑戰(zhàn)，不僅需要一定的理論知識(shí)，更需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。除加重形式、軸向位置選取和加重大小外，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)最關(guān)鍵的是試加重角度的確定，即振動(dòng)滯后角的選取。（4）為達(dá)到盡可能高的熱效率，大型汽輪機(jī)通流部分徑向間隙小，在汽缸變形、管道推拉力和凝汽器真空等因素作用下，某些部分動(dòng)靜間隙可能減小甚至消失，從而產(chǎn)生碰磨振動(dòng)。啟動(dòng)升速過程中發(fā)生動(dòng)靜碰磨時(shí)，必須實(shí)時(shí)決定機(jī)組是升速，還是繼續(xù)暖機(jī)，或者是停機(jī)盤車。在工作轉(zhuǎn)速下或帶負(fù)荷時(shí)發(fā)生碰磨時(shí)，根據(jù)振動(dòng)變化幅值和周期，判斷碰磨處于哪一個(gè)階段，是否有運(yùn)行調(diào)整措施等。 此外，一般密封瓦碰磨對(duì)發(fā)電機(jī)振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生較大影響，甚至對(duì)附近其他測(cè)點(diǎn)振動(dòng)也有明顯影響。當(dāng)發(fā)電機(jī)及附近測(cè)點(diǎn)振動(dòng)較大時(shí)，分析密封瓦碰磨的作用。（5）600MW汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)高，主汽流量大，通過汽流激振力可能使高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)跳動(dòng)。注意低頻振動(dòng)與軸承載荷分配、汽門運(yùn)行方式和閥門開度的關(guān)系，低頻振動(dòng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全的影響，抑制低頻振動(dòng)的措施等。汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)靜碰磨振動(dòng)試驗(yàn)研究隨著汽輪發(fā)電機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，對(duì)機(jī)組效率的要求也不斷提高，汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙越來(lái)越?。涣硗?，由于設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等多種因素也會(huì)影響汽輪機(jī)通流間隙的變化。機(jī)組發(fā)生碰磨的可能性越來(lái)越大，動(dòng)靜碰磨已經(jīng)成為基建調(diào)試和在役運(yùn)行機(jī)組的主要故障之一。它輕則出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，嚴(yán)重的可造成轉(zhuǎn)子永久彎曲，甚至軸系損壞。 A廠25MW機(jī)組勵(lì)磁機(jī)摩擦振動(dòng)事例A廠7機(jī)組運(yùn)行中勵(lì)磁機(jī)及附近軸承振動(dòng)不斷變化，某兩天在12:34～9:18約21小時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)勵(lì)磁機(jī)前后軸承水平振動(dòng)變化曲線如下圖5。振動(dòng)變化周期約2小時(shí)左右，振動(dòng)幅值絕大部分時(shí)間在50μm以內(nèi)變化，只有一次約早晨5:00幅值最大達(dá)110μm，相位約增加100176。，振動(dòng)主要是50Hz工頻分量。運(yùn)行參數(shù)基本穩(wěn)定，、溫度446℃，真空94KPa，潤(rùn)滑油溫度42℃，、，勵(lì)磁電流590A、勵(lì)磁電壓74V，發(fā)電機(jī)進(jìn)出口風(fēng)溫467℃。下表1為其中一個(gè)周期內(nèi)勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng)變化數(shù)據(jù)。表1 勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng) μm/176。時(shí) 間5軸承水平6軸承水平10：3015/16113/15111：3059/26084/26612：307/1782/200從6軸承水平振動(dòng)其中一段時(shí)間內(nèi)的瀑布圖6和頻譜圖7可以看出，振動(dòng)以工頻分量為主，還有4倍頻高頻成分和10Hz左右的低頻分量。從時(shí)域波形圖8看，正弦波上半部分存在分叉現(xiàn)象。這是一種典型的一般動(dòng)靜碰磨引起的振動(dòng)現(xiàn)象。勵(lì)磁機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，停機(jī)后用塞尺檢查風(fēng)檔、揭開勵(lì)磁機(jī)兩邊風(fēng)檔和6軸承前后油檔上半部分檢查，軸相應(yīng)位置沒有發(fā)現(xiàn)磨損痕跡。由于運(yùn)行中勵(lì)磁機(jī)碳刷處存在冒火花現(xiàn)象，檢修中車削平整整流子，安裝后調(diào)整碳刷緊力。再次開機(jī)帶負(fù)荷后，勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象再也沒有出現(xiàn)過。圖5 勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng)變化過程圖6 勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng)瀑布圖圖7 勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng)頻譜圖8 勵(lì)磁機(jī)6軸承水平振動(dòng)波形 B廠1機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子摩擦振動(dòng)事例B廠1機(jī)組調(diào)試時(shí)，電氣試驗(yàn)過程中，機(jī)組維持額定轉(zhuǎn)速空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。高中壓轉(zhuǎn)子2軸振動(dòng)在5月30日和31日兩次出現(xiàn)振動(dòng)增大的現(xiàn)象，前一次導(dǎo)致打閘停機(jī)盤車4小時(shí)，后一次不得不降低轉(zhuǎn)速到2000r/min維持暖機(jī)轉(zhuǎn)速磨合運(yùn)行。主要原因是長(zhǎng)時(shí)間空負(fù)荷運(yùn)行引起高中壓汽缸變形導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行方式以后，解決了高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)增加的問題。圖9為高中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜之間從一般碰磨發(fā)展到嚴(yán)重碰磨過程中軸振動(dòng)1y、2y變化曲線。在5:7:011:32出現(xiàn)了三次大的振動(dòng)峰值，從18:40開始，振動(dòng)連續(xù)爬升兩個(gè)臺(tái)階，19:58開始高中壓轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)快速增加(2y120μm)，20:09軸振動(dòng)1y、2y分別達(dá)18237μm打閘停機(jī)。降速過程中，軸振動(dòng)1y在轉(zhuǎn)速1441r/min有最大峰值114μm(107μm/135176。)，軸振動(dòng)2y在轉(zhuǎn)速1374r/min有最大峰值288μm(284μm/112176。)。碰磨過程中，軸振動(dòng)2y相位角在31～156176。之間變化，軸振動(dòng)2y頻譜豐富，1倍頻到9倍頻都存在，還有