125MW汽轮发电机#5轴承振动偏大原因分析与处理--案例分析

hjj73

某电厂二台机组原为上海汽轮发电集团公司生产的超高压、中间再热、双缸双排汽、单轴反动式凝汽式机组，后由哈尔滨汽轮机厂进行通流改造，改造后汽轮机型号为N137.5—13.24/535/535，发电机为双水内冷发电机，型号为QFS—137.5—2，励磁机型号为TLD-1175-4。汽轮机为三支承，发电机和励磁机均为两支承，整个轴系由7个径向轴承支承，轴系支承简图见下图。


       



机组自1998年投运以来#5瓦轴振一直偏大，虽经多次处理，始终没能解决，是困扰电厂多年的老大难问题。该厂近期通过一系列测试、分析，及对#5瓦的测量装置的改进，解决了这一难题。现对所作测试、分析与处理过程进行阐述。
1 测试
1.1 测试设备
机组1#--6#瓦随机安装了绝对轴振和相对轴振监测装置，轴振监测装置采用BENTLY公司的3300系统，电涡流复合式探头。测试时用DAIU—208数据采集分析仪从振动监测装置接入其输出信号，对振动进行监测分析。
1.2 测试概况
1.2.1 测试过程从机组带满负荷至解列转速到零。
1.2.2 机组在带120MW负荷时，#5瓦相对轴振和绝对轴振在180µm左右。其余各瓦轴振在60µm以下。各瓦瓦振均在20µm以内。
1.2.3 在机组解列时，5#瓦轴振从159µm迅速下降到84µm。#5瓦轴振随励磁电流大小而变化，励磁电流减小轴振亦随之减小。通过频谱分析，在解列之前，振动除有工频成分外（工频分量56µm），还有大量的2倍频、4倍频、6倍频、8倍频等倍频成分（见图一），而解列后，振动中的工频成分基本不变，而倍频成分大幅下降以至消失（见图二），从振动瀑布图（图三）更可以明确地看出这一点。

图一：解列前振动频谱

图二：解列后（3000r/min）振动频谱
图三：带负荷、解列、降速频谱瀑布图
2 原因分析
由以上数据看出：5#瓦轴振在不加励磁电流定速3000r/min时为70µm左右，而加励磁电流后轴振立即增加至110µm左右，在正常带负荷运行时达到180µm。我们认为加励磁电流后TSI显示的不是真实的轴振数值，而是包含了大量的虚假信号。对该虚假信号进行了初步分析。
2.1 电涡流传感器的工作原理
本特利电涡流传感器包括前置器、延伸电缆及探头。前置器是具有两种功能的电子部件。包含震荡器和解调器两种功能。由震荡器电路发生无线电频率信号，通过解调电路将无线电频率信号调整为精确的可用数据。当震荡器通电后，它将产生一个特殊频率的无线电信号。频率信号将在500KHz到2.0MHz之间。
当导体物质暴露在无线电频率地区内，涡流将在这一物质的表面流动。涡流贯穿深度取决于物质的导电性和导磁性。
当探头和物体之间的距离最小时，无线电频率信号的振幅处于最小值，这时涡流强度最大。
当探头和物体之间的距离最大时，无线电频率信号的振幅处于最小值，这时涡流强度最小。
如果目标在无线电频率信号地区内移动较慢，则信号振幅的增加和减小变化较慢。如果目标在无线电频率信号地区内移动较快，则信号振幅的增加和减小变化较快。目标的快速移动导致了无线电频率信号的调制。调制电路对信号振幅慢与快的变化用相同的方式处理。目标不动（信号和间隙没有变化），前置器的输出为负的直流电压。目标移动和很快（信号和间隙变化很快），则前置器的输出为一变化的直流电压（交流）。
当探头探测到一个振动，前置器将有一个包含直流和交流成份的输出信号。
2.2 励磁电流对转子振动测量的影响
机组的发电机为旋转磁极式发电机组，其励磁电流是通过非驱动端的电刷和转子内部的电路送到发电机内部的磁极上。当汽轮机高速旋转时，磁场在转子的表面产生高频交流成份，形成电涡流，使金属的导磁特性发生改变，从而影响转子的电涡流传感器的测量，其涡流强度的大小与励磁电流的强度成正比。由于该电流在转子内部为闭合回路，所以在电流通过部分的纵切面相当于一个电磁铁。
2.3 #5轴承振动测量装置
#5轴承振动测量装置是BENTLY NEVADA电涡流传感器复合式探头，在轴承盖上外部安装。安装在此处的电涡流传感器即受转子表面涡流的影响，又受磁力线的影响。因此，旋转的磁力线势必会对电涡流传感器线圈产生测量误差。
电涡流探头测量振动时，涡流探头输出的电压与探头和被测表面间的距离、被测表面的电导率、磁导率有关。可用下式表示：
U=F(z,φ,ζ)
其中U：表示探头输出电压
z：表示探头与被测表面间的距离
φ：表示被测表面的磁导率
ζ：表示被测表面的电导率
可见只有在被测表面各处的磁导率与电导率相同时，输出电压的变化才仅与探头与被测表面间的距离变化（即轴振）有关，亦即只有在这种情况下TSI显示的才是真实的轴振。
而在双水内冷机组中，由于发电机转子冷却水要从转子中心孔通过，因此励磁电流导线必须从偏心孔通过，当转子加励磁电流后，必然造成对转子圆周表面的磁化不同，亦即造成转子圆周表面的磁导率和电导率不同，并随励磁电流增大这种差别也增大，因此，此时涡流探头输出电压的变化不仅与探头与被测表面间的距离变化（即轴振）有关，也与被测圆周表面的位置有关（因为每一处磁导率和电导率不同）。在这种情况下，对测量的准确性和可靠性造成一定影响，TSI显示的不是真实的轴振。
  
图四：#5瓦处转子截面图
3改进与处理
根据以上分析，电厂利用机组小修机会，对#5瓦测振装置进行了改进。采用了一种组合式探头（接触式探头+涡流传感器），它特别适合用于轴表面延周向材料的磁特性变化的转轴。测量时探头的外壳被固定在轴承座上，探头与被测转轴垂直探头头部紧压在转轴上，探头的可动部件被压入探头外壳，它通过测杆与轴接触测轴振动，避免了因电磁作用和转轴材料的电、磁特性变化而引起通常涡流探头测量时所产生的虚有效地将干扰信号分离，保留真实的振动信号。
4、处理后#5瓦振动情况

                         图五： 5#瓦x方向轴振波特图


图六：并网后5#瓦x方向轴振趋势图
从现场采集数据分析：
a、        机组定速3000r/min后，根据要求进行各种试验。试验期间，机组振动正常，未见明显变化。
b、        机组进行电气试验，加励磁电流时，5#瓦轴振稳定，未见突升现象。
c、        机组并网带负荷后5#瓦轴振稳定，未见突升现象。5#瓦振动在并网后趋势图见图六。
d、        机组在加励磁电流后的频谱图中，高频成分基本消失，频率主要成分为工频。探头更换前后波形见图七、图八。

图八：原来探头测量并网后5#瓦x方向轴振波形图

图九：更换新型探头后测量并网后5#瓦x方向轴振波形图

5结论
从以上分析过程可以看出，国产125MWQFS型双水内冷发电机励磁电流是造成#5瓦虚假振动的主要原因，只要能够消除它对振动的影响，就可以较好的检测振动。

hjj73

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图贴不上啊。附件也不行，咋回事呢？

0141271

是不是附件太大了，最好贴个图看看哦

zhufenghao123

看明白了，不过有图更好啊。谢谢分享啊！

chakey111

期待楼主补图

d1107434247

期待版主补上图