某9F級(jí)重型燃?xì)廨喡?lián)合循環(huán)機(jī)組，是由西門子制造，容量400MW，主要用于深度調(diào)峰的機(jī)組。該機(jī)組軸系由燃機(jī)-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子組成，燃機(jī)轉(zhuǎn)子和汽機(jī)轉(zhuǎn)子之間通過(guò)SSS（Synchro-Self-Shifting，同步自脫）離合器連接[1]。該機(jī)組于2016年5月進(jìn)行了投產(chǎn)后的首次大修，在大修后起機(jī)過(guò)程中，5號(hào)軸承出現(xiàn)了突發(fā)性振動(dòng)，該振動(dòng)較大值達(dá)到224μm，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以下是四川電動(dòng)機(jī)廠家給大家詳解講述異常振動(dòng)的分析處理全過(guò)程。
一、機(jī)組起機(jī)振動(dòng)情況
是該機(jī)組的軸系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，軸系總共有8個(gè)支撐軸承，其中1#和2#軸承支撐燃?xì)廨啓C(jī)-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，3#和4#軸承支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，6#、7#和 8# 軸承共同支撐汽輪機(jī)組的高中壓和低壓轉(zhuǎn)子，5#軸承是SSS離合器前的輕載軸承。
機(jī)組大修后于2016年6月20號(hào)進(jìn)行了起機(jī)，在整個(gè)起機(jī)及帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，除了5#軸承振動(dòng)出現(xiàn)異常外，其余軸承振動(dòng)均在優(yōu)良范圍內(nèi)。圖2是起機(jī)過(guò)程中5#軸承 X 向和 Y 向的振動(dòng)趨勢(shì)圖，從該趨勢(shì)圖可見(jiàn)：
(1) 轉(zhuǎn)速升至3000r/min時(shí)，5X和5Y軸振突增，尤其5X較大振動(dòng)已到224μm，超過(guò)報(bào)警值。
(2) 在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，5X和5Y軸振均有減小的趨勢(shì)。帶負(fù)荷運(yùn)行大約5h后，5X和5Y軸振趨于穩(wěn)定，并分別維持在80μm和30μm左右。
(3) 在整個(gè)起機(jī)及帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，一倍頻幅值和相位一直很穩(wěn)定。分析其振動(dòng)特性圖發(fā)現(xiàn)，該異常振動(dòng)期間主要表現(xiàn)為1/2頻，即半頻，見(jiàn)圖3。該半頻在帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，逐漸減小直至消失。
二、四川電動(dòng)機(jī)廠家振動(dòng)故障原因分析
5#軸承異常振動(dòng)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速并帶負(fù)荷運(yùn)行前期，隨著帶負(fù)荷過(guò)程不斷深入，該異常振動(dòng)逐漸減小并消失，因此可以排除轉(zhuǎn)子本身的不平衡問(wèn)題；該異常振動(dòng)主要表現(xiàn)為半頻，而且該半頻并沒(méi)有隨著負(fù)荷的升高和降低而出現(xiàn)反復(fù)現(xiàn)象，因此可以排除氣流激振；根據(jù)突變后出現(xiàn)的大幅值半頻分量，基本可以肯定5#軸承出現(xiàn)了油膜失穩(wěn)現(xiàn)象。激發(fā)油膜失穩(wěn)的原因需要進(jìn)行進(jìn)一步分析。
查看半頻振動(dòng)從發(fā)生至逐步減小并穩(wěn)定的整個(gè)過(guò)程中，潤(rùn)滑油溫一直保持在57℃左右，變化幅度沒(méi)超過(guò)3℃，因此可以排除潤(rùn)滑油溫的影響。
該機(jī)組軸系是具有SSS離合器的單軸結(jié)構(gòu)，根據(jù) SSS離合器的安全運(yùn)行要求，軸系中必須增加一個(gè)“輕載”軸承，該軸承可以保證SSS離合器具有較小的動(dòng)撓度，減小由于不對(duì)中造成的碰摩等振動(dòng)響應(yīng)，防止SSS離合器受到其他轉(zhuǎn)子的振動(dòng)耦合效應(yīng)。而軸承的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求又需要該輕載軸承對(duì)軸系的標(biāo)高和載荷具有較高敏感性。
圖4是5#軸承從SSS離合器開(kāi)始嚙合到帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行直至振動(dòng)減小并趨于穩(wěn)定階段的軸心軌跡圖?？梢钥闯觯涸趪Ш想A段，5#軸頸中心僅僅下降了5μm；但是在定速帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，軸頸中心上抬了近42μm。隨后軸頸中心趨于穩(wěn)定，5#振動(dòng)也減小并趨于穩(wěn)定，兩者穩(wěn)定時(shí)間很一致，說(shuō)明5#軸承的半頻振動(dòng)隨著該軸承的軸頸中心上揚(yáng)而得到了抑制。進(jìn)一步分析推斷：5#軸承的異常半頻振動(dòng)是由于SSS離合器剛剛嚙合后，5#軸承標(biāo)高較低，導(dǎo)致其承載較輕，從而激發(fā)了油膜失穩(wěn)現(xiàn)象[4～5]。隨后在帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)汽溫度逐漸升高，缸體膨脹也進(jìn)一步增大，5#軸承的標(biāo)高也隨之升高，其承受載荷逐漸增大，油膜穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)，異常半頻振動(dòng)也隨之消失，這和軸頸中心上揚(yáng)抑制半頻振動(dòng)相吻合。
三、軸系標(biāo)高分布情況測(cè)試
為了對(duì)上述推斷進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，在機(jī)組臨停期間，對(duì)冷態(tài)下投入SSS離合器后軸系的標(biāo)高分布情況進(jìn)行了測(cè)試。
不同的軸系狀態(tài)，軸承載荷分配和標(biāo)高分布是不一樣的，在轉(zhuǎn)軸自重、附加部件等載荷作用下，轉(zhuǎn)軸會(huì)產(chǎn)生彈性變形。不同軸系部位由于重量不同，產(chǎn)生的變形也不同，其截面彎矩也不同。因此通過(guò)測(cè)量軸系的多個(gè)截面彎矩，就可以計(jì)算軸系的載荷和標(biāo)高分布情況。
根據(jù)各轉(zhuǎn)子的物性參數(shù)對(duì)機(jī)組軸系進(jìn)行有限元建模，建模時(shí)將軸系視為變截面連續(xù)梁，各軸段自重視為均布質(zhì)量，聯(lián)軸器、推力盤、3S離合器、葉片等視為集中質(zhì)量。投入3S離合器后，測(cè)量低速盤車狀態(tài)下軸系各測(cè)量截面的彎曲應(yīng)變和截面彎矩，然后通過(guò)傳遞矩陣計(jì)算各軸承的載荷分配和標(biāo)高分布情況。該軸系的應(yīng)變彎矩測(cè)點(diǎn)布置示意圖可見(jiàn)圖1所示，其中“×”為彎矩測(cè)點(diǎn)位置，一共布置了7組應(yīng)變彎矩測(cè)點(diǎn)。
根據(jù)所測(cè)截面彎矩計(jì)算各軸承載荷和標(biāo)高分布，
五、機(jī)組故障治理及總結(jié)
鑒于機(jī)組半頻振動(dòng)現(xiàn)象和應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，綜合考慮軸系冷熱態(tài)運(yùn)行情況下的標(biāo)高變化，建議將 5# 軸承標(biāo)高上抬 30μm。在此情況下，既能改善冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中 5#軸承的承載情況避免油膜失穩(wěn)和油膜渦動(dòng)的發(fā)生，也能避免熱態(tài)下 5#軸承由于承載過(guò)重進(jìn)而發(fā)生瓦溫高、碾瓦等故障。 檢修后冷態(tài)啟動(dòng)，機(jī)組嚙合過(guò)程平穩(wěn)，半頻振動(dòng)消失，5#軸頸中心上移量也大大減小，嚙合后到帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組軸系振動(dòng)總體穩(wěn)定，5#軸振全過(guò)程振動(dòng)值均維持在 80μm 以內(nèi)。 SSS 離合器前的輕載軸承對(duì)載荷和標(biāo)高分布很 靈敏，因此在軸系對(duì)中過(guò)程中，要綜合考慮冷態(tài)和熱態(tài)情況。同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，必須嚴(yán)密關(guān)注 SSS 離合器前后軸系的振動(dòng)變化情況，一旦發(fā)生軸系異 常振動(dòng)，必須采取處理措施，避免造成事故。
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