660MW機組發電機軸瓦振動異常分析
2016-10-08侯志華 郭藝輝 龐明 王琳琳
（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）
（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）
摘 要：文章針對秦山二核1#發電機軸瓦振動異常情況，從設備結構、檢修工藝等方面展開分析，探索引起軸瓦振動異常的各項因素。
關鍵詞：600MW機組；發電機；軸瓦振動；振動異常；軸瓦檢修
關鍵詞：600MW機組；發電機；軸瓦振動；振動異常；軸瓦檢修
1 概述
秦山二核1#機組汽輪發電機組由1臺高壓缸、3臺低壓缸、1臺發電機和1臺勵磁機組成，整個軸系共有11個軸瓦支撐。發電機型號為QFSN-650-2，額定容量為650MW，采用端蓋式軸承，水-氫-氫冷卻方式，勵磁機為無刷勵磁，發電機轉子與勵磁機轉子采用三支撐方式。除發電機的端蓋式軸瓦的上瓦為圓筒瓦，下瓦為兩塊可傾瓦外，其他的軸瓦均為四瓦塊的可傾瓦結構。各轉子之間均為剛性聯軸器連接，除勵磁機轉子為單支撐結構外，其余各轉子均為雙支撐結構。
2 情況介紹
1#機組10#軸瓦在2006年4月開始出現振動緩慢爬升情況，抗電網干擾能力較差，多次出現由于雷擊而導致機組振動超標停機的情況。2006年4～6月，機組10#振動由50μm緩慢爬升至147μm，機組停機小修后，機組振動由106μm緩慢爬升至135μm，此時電網故障，由129μm升至248μm，手動打閘停機。對軸瓦進行檢查，動平衡配重，起機后機組維持在120μm左右的幅值振動。2007年11～12月，10#軸瓦振動由120μm緩慢上升至153μm，機組小修，更換了發電機密封瓦，重新動平衡，起機后機組振動下降至64μm，但緩慢上升至108μm左右。目前10#軸瓦振動仍保持在90μm左右相對比較高的狀態，對機組安全穩定運行仍存在很大威脅。
3 檢修情況
3.1發電機轉子檢修情況
106大修時發電機轉子返廠檢修，對發電機轉子上的10個點進行了校調，數據表明，發電機轉子不存在彎曲的現象。
在106大修中對發電機轉子相關部位進行探傷，探傷沒有查出缺陷。對發電機轉子汽端、勵端本體、軸承檔及月亮槽部位進行超聲波檢查，未發現缺陷。
在106返廠檢修中對發電機轉子進行了動超試驗，試驗結果表明在3050rpm之后一直到3200rpm各點振動幅值保持平穩，無繼續上升的情況。通過對發電機轉子的檢查情況，并未發現明顯的缺陷。
3.2發電機載荷分布試驗
為提高發電機基礎的剛度，105大修時進行了發電機載荷分布試驗，試驗前機組載荷分布較差，試驗后，載荷分布情況符合西屋標準（A：60%～75%，B：20%～30%，C：5%～15%，D：0%～5%）。
秦山二核1#機組汽輪發電機組由1臺高壓缸、3臺低壓缸、1臺發電機和1臺勵磁機組成，整個軸系共有11個軸瓦支撐。發電機型號為QFSN-650-2，額定容量為650MW，采用端蓋式軸承，水-氫-氫冷卻方式，勵磁機為無刷勵磁，發電機轉子與勵磁機轉子采用三支撐方式。除發電機的端蓋式軸瓦的上瓦為圓筒瓦，下瓦為兩塊可傾瓦外，其他的軸瓦均為四瓦塊的可傾瓦結構。各轉子之間均為剛性聯軸器連接，除勵磁機轉子為單支撐結構外，其余各轉子均為雙支撐結構。
2 情況介紹
1#機組10#軸瓦在2006年4月開始出現振動緩慢爬升情況，抗電網干擾能力較差，多次出現由于雷擊而導致機組振動超標停機的情況。2006年4～6月，機組10#振動由50μm緩慢爬升至147μm，機組停機小修后，機組振動由106μm緩慢爬升至135μm，此時電網故障，由129μm升至248μm，手動打閘停機。對軸瓦進行檢查，動平衡配重，起機后機組維持在120μm左右的幅值振動。2007年11～12月，10#軸瓦振動由120μm緩慢上升至153μm，機組小修，更換了發電機密封瓦，重新動平衡，起機后機組振動下降至64μm，但緩慢上升至108μm左右。目前10#軸瓦振動仍保持在90μm左右相對比較高的狀態，對機組安全穩定運行仍存在很大威脅。
3 檢修情況
3.1發電機轉子檢修情況
106大修時發電機轉子返廠檢修，對發電機轉子上的10個點進行了校調，數據表明，發電機轉子不存在彎曲的現象。
在106大修中對發電機轉子相關部位進行探傷，探傷沒有查出缺陷。對發電機轉子汽端、勵端本體、軸承檔及月亮槽部位進行超聲波檢查，未發現缺陷。
在106返廠檢修中對發電機轉子進行了動超試驗，試驗結果表明在3050rpm之后一直到3200rpm各點振動幅值保持平穩，無繼續上升的情況。通過對發電機轉子的檢查情況，并未發現明顯的缺陷。
3.2發電機載荷分布試驗
為提高發電機基礎的剛度，105大修時進行了發電機載荷分布試驗，試驗前機組載荷分布較差，試驗后，載荷分布情況符合西屋標準（A：60%～75%，B：20%～30%，C：5%～15%，D：0%～5%）。
3.3發電機軸瓦檢修
106大修期間對9#、10#瓦進行了全面解體檢查，發現10#軸瓦上部頂塊間隙變大，與上次組裝數據相比增加了0.40mm。對上下軸瓦進行了PT及UT探傷，發電機9#、10#瓦上瓦均發現脫胎缺陷，之后對上瓦進行補焊處理。回裝時各項軸承相關參數都調整到標準范圍內。
3.4發電機密封瓦
從2006年6月的小修開始發現密封瓦有積碳現象，在隨后的歷次檢修中都對密封瓦進行了更換并將組裝相關間隙調整到了合格范圍之內，但下一次解體仍發現有積碳現象。
針對密封瓦積碳現象，而且舊密封瓦變形較大，在106大修時對密封瓦間隙進行了控制，更換新的密封瓦并對間隙進行調整，數據在標準范圍內。
3.5汽發聯軸器液壓螺栓改造
為了保證汽發聯軸器有足夠的聯接強度，105大修時對汽發聯軸器進行了液壓螺栓改造，由原來的傳統緊固螺栓改造成了液壓螺栓，螺栓外錐面和螺栓套筒內錐面的錐度相同，錐度為1∶50，在使用中用液壓工具進行打壓，具有較好的韌性和很高的強度，可以保證汽發聯軸器足夠強度的聯接。
3.6勵發聯軸器
勵磁機與發電機采用三支撐結構，因此需對11#軸瓦進行晃度測量。但每次晃度測量都不理想，仔細查找原因后，發現勵發聯軸器勵磁機側及發電機側瓢偏均超標，106大修時，對勵發聯軸器兩側端面分別進行了車削處理。處理前，發電機端面跳動為0.085mm，標準為0.013mm；勵磁機端面的跳動為0.06mm，標準為0.013mm；對于超標值都進行了加工處理。勵磁機-發電機聯軸器螺栓在105大修中檢查螺栓力矩時發現有輕微松動現象，Z后在聯軸器螺栓上加裝鎖緊裝置。
3.7勵磁機轉子
106大修返廠在上電對勵磁機轉子上的9個點進行了校調，數據表明，勵磁機轉子不存在彎曲的現象。同時在對勵磁機轉子相關部位進行探傷，對勵磁機轉子軸頸進行了進行超聲波檢查，對勵磁機轉子軸頸進行熒光磁粉檢測，均未發現有應記錄的缺陷磁痕顯示。
4 原因分析
針對機組在大修期間所產生的缺陷，結合設備情況，對引起振動緩慢爬升的原因進行了查找與分析。
4.1發電機載荷分布不符合標準
發電機是靠自重落在發電機基礎之上，這種結構就要求發電機載荷必須符合設計標準。經過對發電機載荷分布情況的測量，發現載荷分布情況很不均勻，發電機載荷分布不均將導致發電機振動情況加劇，使軸瓦剛度下降，同時影響軸系振動。
4.2發電機密封瓦變形
發電機密封瓦應保持自由浮動狀態，軸向、徑向間隙都應滿足設計要求。在設備解體過程中，發現密封瓦變形以及積碳的情況，由于密封瓦變形，極易引起動靜碰磨，從而引起機組振動升高。密封瓦組裝時應嚴格控制安裝工藝、尺寸標準，我們采取了適當放大密封瓦與轉子軸頸徑向尺寸的方法，盡量避免密封瓦運行過程中產生變形，防止產生動靜碰磨，從而改善機組振動。
4.3聯軸器聯接剛度不夠
兩根轉子之間一般靠聯軸器聯接，聯接剛度的變化會引起軸系振動的變化。汽發聯軸器之前采用傳統螺栓聯接，大修期間把傳統螺栓改造成液壓螺栓，從而提高聯軸器剛度，有效降低振動。而勵發聯軸器螺栓曾出現螺栓松動的現象，螺栓松動引起聯軸器剛度降低，從而引起聯軸器附近軸瓦振動上升，在勵發聯軸器螺栓上加了防松裝置，從而有效避免螺栓松動現象。
4.4軸瓦剛度不夠
發電機軸瓦采用端蓋式軸承，因此發電機兩側大端蓋的剛度直接影響到發電機軸瓦剛度，大修期間，大端蓋拆下后上車床找正，發現中分面、立面均出現變形情況，由于大端蓋與發電機之間無墊片，且用的硬聯接，因此大端蓋變形極易造成大端蓋剛度下降，引起軸瓦振動上升。
4.5勵發聯軸器端面缺陷
勵發聯軸器之間為硬聯接，因此聯軸器端面的平面跳動必須在合格范圍之內。大修期間，現象勵端、電端聯軸器端面都出現平面跳動超標情況，平面跳動的超標直接影響到11#軸瓦的晃度，直接關系到軸瓦的振動，因此勵發聯軸器端面缺陷也是影響機組振動的一個因素。
4.6發電機、勵磁機轉子內部缺陷
結合實際振動爬升情況，如果發電機、勵磁機轉子內部存在裂紋等缺陷，會造成轉子振動緩慢爬升現象。但根據檢查結果，未發現轉子缺陷，該項影響因素有待進一步觀察確認。
5 結語
通過原因分析，發現影響軸瓦振動持續爬升的因素如下：（1）發電機載荷分布不符合標準；（2）發電機密封瓦變形；（3）聯軸器聯接剛度不夠；（4）軸瓦剛度不夠；（5）勵發聯軸器端面缺陷；（6）發電機、勵磁機轉子內部缺陷。
在今后工作中，我們會繼續探索研究，結合缺陷情況進一步分析原因，以徹底解決機組振動問題。
106大修期間對9#、10#瓦進行了全面解體檢查，發現10#軸瓦上部頂塊間隙變大，與上次組裝數據相比增加了0.40mm。對上下軸瓦進行了PT及UT探傷，發電機9#、10#瓦上瓦均發現脫胎缺陷，之后對上瓦進行補焊處理。回裝時各項軸承相關參數都調整到標準范圍內。
3.4發電機密封瓦
從2006年6月的小修開始發現密封瓦有積碳現象，在隨后的歷次檢修中都對密封瓦進行了更換并將組裝相關間隙調整到了合格范圍之內，但下一次解體仍發現有積碳現象。
針對密封瓦積碳現象，而且舊密封瓦變形較大，在106大修時對密封瓦間隙進行了控制，更換新的密封瓦并對間隙進行調整，數據在標準范圍內。
3.5汽發聯軸器液壓螺栓改造
為了保證汽發聯軸器有足夠的聯接強度，105大修時對汽發聯軸器進行了液壓螺栓改造，由原來的傳統緊固螺栓改造成了液壓螺栓，螺栓外錐面和螺栓套筒內錐面的錐度相同，錐度為1∶50，在使用中用液壓工具進行打壓，具有較好的韌性和很高的強度，可以保證汽發聯軸器足夠強度的聯接。
3.6勵發聯軸器
勵磁機與發電機采用三支撐結構，因此需對11#軸瓦進行晃度測量。但每次晃度測量都不理想，仔細查找原因后，發現勵發聯軸器勵磁機側及發電機側瓢偏均超標，106大修時，對勵發聯軸器兩側端面分別進行了車削處理。處理前，發電機端面跳動為0.085mm，標準為0.013mm；勵磁機端面的跳動為0.06mm，標準為0.013mm；對于超標值都進行了加工處理。勵磁機-發電機聯軸器螺栓在105大修中檢查螺栓力矩時發現有輕微松動現象，Z后在聯軸器螺栓上加裝鎖緊裝置。
3.7勵磁機轉子
106大修返廠在上電對勵磁機轉子上的9個點進行了校調，數據表明，勵磁機轉子不存在彎曲的現象。同時在對勵磁機轉子相關部位進行探傷，對勵磁機轉子軸頸進行了進行超聲波檢查，對勵磁機轉子軸頸進行熒光磁粉檢測，均未發現有應記錄的缺陷磁痕顯示。
4 原因分析
針對機組在大修期間所產生的缺陷，結合設備情況，對引起振動緩慢爬升的原因進行了查找與分析。
4.1發電機載荷分布不符合標準
發電機是靠自重落在發電機基礎之上，這種結構就要求發電機載荷必須符合設計標準。經過對發電機載荷分布情況的測量，發現載荷分布情況很不均勻，發電機載荷分布不均將導致發電機振動情況加劇，使軸瓦剛度下降，同時影響軸系振動。
4.2發電機密封瓦變形
發電機密封瓦應保持自由浮動狀態，軸向、徑向間隙都應滿足設計要求。在設備解體過程中，發現密封瓦變形以及積碳的情況，由于密封瓦變形，極易引起動靜碰磨，從而引起機組振動升高。密封瓦組裝時應嚴格控制安裝工藝、尺寸標準，我們采取了適當放大密封瓦與轉子軸頸徑向尺寸的方法，盡量避免密封瓦運行過程中產生變形，防止產生動靜碰磨，從而改善機組振動。
4.3聯軸器聯接剛度不夠
兩根轉子之間一般靠聯軸器聯接，聯接剛度的變化會引起軸系振動的變化。汽發聯軸器之前采用傳統螺栓聯接，大修期間把傳統螺栓改造成液壓螺栓，從而提高聯軸器剛度，有效降低振動。而勵發聯軸器螺栓曾出現螺栓松動的現象，螺栓松動引起聯軸器剛度降低，從而引起聯軸器附近軸瓦振動上升，在勵發聯軸器螺栓上加了防松裝置，從而有效避免螺栓松動現象。
4.4軸瓦剛度不夠
發電機軸瓦采用端蓋式軸承，因此發電機兩側大端蓋的剛度直接影響到發電機軸瓦剛度，大修期間，大端蓋拆下后上車床找正，發現中分面、立面均出現變形情況，由于大端蓋與發電機之間無墊片，且用的硬聯接，因此大端蓋變形極易造成大端蓋剛度下降，引起軸瓦振動上升。
4.5勵發聯軸器端面缺陷
勵發聯軸器之間為硬聯接，因此聯軸器端面的平面跳動必須在合格范圍之內。大修期間，現象勵端、電端聯軸器端面都出現平面跳動超標情況，平面跳動的超標直接影響到11#軸瓦的晃度，直接關系到軸瓦的振動，因此勵發聯軸器端面缺陷也是影響機組振動的一個因素。
4.6發電機、勵磁機轉子內部缺陷
結合實際振動爬升情況，如果發電機、勵磁機轉子內部存在裂紋等缺陷，會造成轉子振動緩慢爬升現象。但根據檢查結果，未發現轉子缺陷，該項影響因素有待進一步觀察確認。
5 結語
通過原因分析，發現影響軸瓦振動持續爬升的因素如下：（1）發電機載荷分布不符合標準；（2）發電機密封瓦變形；（3）聯軸器聯接剛度不夠；（4）軸瓦剛度不夠；（5）勵發聯軸器端面缺陷；（6）發電機、勵磁機轉子內部缺陷。
在今后工作中，我們會繼續探索研究，結合缺陷情況進一步分析原因，以徹底解決機組振動問題。
來源：《中國高新技術企業》2015年22期