低速盤車時轉子晃度監測和分析

黃雅萍，阮 躍

（北京振測智控科技有限公司，北京 100085）

低速盤車時轉子晃度監測和分析

黃雅萍，阮 躍

（北京振測智控科技有限公司，北京 100085）

低速盤車時，汽輪發電機組轉子晃度監測沒有引起應有重視?；味确治霾粌H能監測各個轉子的熱彎曲，糾正單純根據偏心判斷轉子是否存在熱彎曲的誤區，還可以判斷軸系是否對中、轉子是否頂起等，為機組的狀態監測和故障診斷提供重要依據。

轉子晃度監測；低速盤車；汽輪發電機組

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.50

0 前言

為了預防大軸彎曲，大型汽輪發電機組通常安裝有偏心測量機構監測轉子的晃度情況。作為25項抑制大軸彎曲的舉措要求和轉子沖轉的重要條件，要求大軸晃度值不超過原始值0.02 mm。偏心傳感器（電渦流傳感器）多數安裝于汽輪機前軸承箱垂直中心線的頂部，只能監測該位置附近的轉子偏心情況，其他位置轉子的晃度需要手工測量。其他軸承雖然安裝有渦流傳感器，但只能監測振動或高速盤車以及低轉速運行（如≤300 r/min）時的晃度，在1～4 r/min的低速盤車時不監測或者只測量短時間內轉子局部轉動的晃度，沒有參考價值。

利用軸承安裝的渦流傳感器，在低速盤車時通過長時間測量，如盤車轉速為2 r/min時測量30 s，測量轉子轉動一周時渦流傳感器間隙電壓值，計算最大差值，并將電壓信號轉換為位移信號，即可以得到轉子的晃度。根據轉子的晃度，啟機后結合轉子振動情況，可以準確識別機組安裝、運行和檢修中存在的問題。

1 轉子碰摩熱彎曲監測

隨著機組設計和制造水平以及經濟性要求的提高，轉子碰摩成為汽輪發電機組常見的振動故障。由于碰摩可以是軸系的任何部位，碰摩引起的轉子熱彎曲比較常見，晃度分析能夠監測各個轉子的熱彎曲，可以彌補其他轉子沒有安裝傳感器監測偏心的問題。

某廠 5#機組（330 MW）由高壓轉子（HP）、中壓轉子（IP）、低壓轉子（LP）和發電機轉子（GEN）組成（圖1），監測8個支撐軸承的軸振和瓦振。機組大修后按照規程啟動，非常順利升到3000 r/min，定速時最大振動（4#水平）在40 μm左右，達到優秀水平。但在試驗結束停機后，在24 h內連續8次啟機，均因為臨界轉速以下2#～5#軸承等部位振動過大打閘停機。

圖1 5#機組軸系示意

8次沖轉沒有成功，雖然偏心監測是正常的，上下缸溫差和熱膨脹等運行參數也正常，但主要原因是中、低壓轉子存在較嚴重的碰摩熱彎曲。圖2是盤車過程中晃度的變化?？梢钥闯?，在盤車過程中，轉子的晃度逐漸下降，但在啟機時晃度并沒有在低水平下穩定下來，表明轉子的熱彎曲沒有完全消失。如果轉子帶著熱彎曲啟動，則可能因為熱不平衡振動較大使動靜間隙消失引起碰摩，碰摩引起轉子熱彎曲，在臨界轉速以下進一步加劇動靜碰摩，形成惡性循環。在第9次啟機時，通過提高升速率，順利沖過臨界轉速，定速后很快并網。

圖2 5#機組盤車過程晃度變化趨勢

2 軸系是否對中監測

根據低速盤車時轉子的晃度，可以識別軸系對中情況：如果是在冷態啟動前，可以檢查軸系冷態對中情況；如果是機組運行一段時間后停機，則可以檢查軸系熱態對中情況。由于盤車時間長，機組處于冷態，檢查和處理時間相對充裕，與沖轉后機組低速運行時測量轉子的晃度相比，盤車時測量晃度具有更好的觀測和處理機會。

某廠7#機組（1000 MW）由高壓轉子、中壓轉子、2個低壓轉子、發電機轉子和勵磁機轉子組成（圖3）。機組大修后的盤車過程中，轉子晃度較小，一般在20 μm左右，波動不大（圖4）（限于篇幅，沒有列出所有通道）。說明冷態下軸系對中良好，并且測量干擾較小。啟機后振動在優秀水平。

圖3 某廠7#機組軸系示意

圖4 7#機組大修后盤車過程晃度變化趨勢

3 轉子是否頂起監測

對于設置頂軸系統的軸承，如果轉子沒有頂起或頂起高度過低，則盤車時晃度較小，并可能發生碾瓦事故。如果頂起高度過大，則晃度可能增大。還有一種可能，就是有時能頂起，有時不能頂起，轉子除了轉動外還存在跳動，發生爬行現象。

某廠1#機組（600 MW）由高中壓轉子、2個低壓轉子和發電機轉子組成，監測8個支撐軸承的軸振和瓦振。機組大修后盤車過程中，2#軸承轉子晃度較大，并且周期性波動，波動幅度達50 μm（圖5）。認為轉子在軸承中潤滑不良。轉子頂起后，泄油量增大，頂軸油壓力下降，轉子頂起高度下降，泄油量減小，頂軸油壓力上升，轉子頂起高度增大，反復循環。下次盤車時，需要嚴密監視頂軸油壓變化情況，保證潤滑油質量和流量。

4 低速盤車時轉子晃度大分析

低速盤車時晃度大，如果晃度存在跳變，測量表面可能存在機械缺陷。檢測到缺陷存在時晃度變大，檢測不到缺陷時晃度變??；如果晃度始終較大，在排除轉子存在熱彎曲后，則可能是轉子存在初始彎曲、軸系對中不良和電磁干擾等，可以結合波形和啟機后振動的變化進行分析。在圖6中，盤車和低速運行時，2#軸承晃度較大，隨著轉速變化，振動緩慢變化，可以認為軸系對中不良。

圖5 1#機組大修后盤車過程晃度變化趨勢

圖6 啟機過程振動變化趨勢

5 結論

汽輪發電機組低速盤車時的轉子晃度監測，可以分析轉子是否存在熱彎曲、軸系對中不良、影響振動測量準確性的干擾因素等，可在機組沖轉前發現許多潛在問題，因此必須予以足夠重視。

（1）盤車時監測各轉子的晃度，建議用晃度取代偏心作為能否沖轉的依據。如果原始晃度＞0.05 mm或變化＞0.02 mm，建議查明原因后再啟動。

（2）建議測量振動的電渦流傳感器在機組盤車狀態下監測轉子的晃度，發生動靜碰摩后，如果每個電渦流傳感器的晃度都能夠穩定下來并持續一段時間，才可以沖轉。

（3）根據低速盤車時轉子晃度，結合機組運行數據，可以更好地分析機組的異常振動問題。

［1］李強，王占武.防止汽輪機轉子大軸彎曲的相關措施［J］.電力安全技術，2009，11（1）：7-8.

［2］張善鵬，周廣順.汽輪發電機組轉子碰摩振動的理論分析及實例［J］.動力工程，2003，23（6）：2850-2853.

［3］宋光雄，宋君輝，梁會釗，等.大型旋轉機械不對中故障研究及分析［J］.汽輪機技術，2013，55（1）：1-5.

［4］楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用［M］.北京：中國電力出版社，2007.

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〔編輯 吳建卿〕