[摘要]我厂1#机组于2002年2月,发现齿轮箱振动、异响,轴向振动严重超标,给机组的安全稳定运行带来很大的危害。修理中经过解体检查,判断齿轮箱轴向振动超标的主要原因是小齿轮推力盘瓢偏超大、推力盘与大齿轮间隙超大引起的,消除故障原因后,机组运行稳定。 D! m- s8 f, S, [; a- v2 X
[关键词]振动、分析、推力盘、处理
/ W4 a1 A) t7 W- J( g
" ~: k) _8 e) i! E" V# `1 t# p
: N" _* h! U3 \. J+ | w1 }
, K9 \; f+ j* H; p- J/ F3 s我厂1#机组的安装设计,是杭州汽轮机厂从德国西门子公司引进的三系列积木式技术制造的NG25/20背压式汽轮机,该机组调速系统设计新颖,综合了单泵及双泵液压式调速系统的某些优点,背压采用了电动跟踪方式,故动、静态特性优良,动作灵敏,适用于中小型热电厂。自1993年11月投产发电,2001年10月大修后,2002年2月发现齿轮箱振动、异响,后来振动、异响逐步增大,被迫多次对机组轴系找正、轴瓦间隙测量调整,但轴向振动最大时达到125µm,给机组的安全稳定运行带来很大的危害。同年3月对机组振动进行分析,找出故障原因,揭开齿轮箱盖,发现小齿轮推力盘瓢偏0.12mm,小齿轮推力盘与大齿轮间隙1.17mm,将小齿轮推力盘校正后,振动、异响随之消除。* w; ]. S( E m, S( d4 N0 [' _
1.问题的发现# s' i6 A" q) L/ O& B2 S
振动是汽轮发电机组运行中最常见的故障之一,严重时会形成振动事故。机组振动按性质分为普通强迫振动、电磁激振 、拍振、撞击振动、随机振动、轴瓦自激振动、参数振动、汽流振动、摩擦振动等。当机组振动值超过一定限度后,在短时间或经一段时间运行后,对机组部件将形成损伤和损坏,严重时形成事故,为了防止事故发生,必须查明原因,找出对策,因此根据之前大修情况和本厂实际,只有采用正向推理诊断故障,才能得到较为准确的故障原因,予以修理。
* T1 v2 m, k( q3 r在通过振动测量仪对机组测试时,启动过程中8000r/min以下时振动数值都在范围以内,当机组升至额定转速11583r/min时,发现汽轮机振动和发电机振动还在范围以内。而齿轮箱轴向振动数值达125µm;在机组并网带负荷后振动数值稍有下降,轴向振动数值仍有119µm。1 R) t! q. S5 _3 W7 f
表1 修理前齿轮箱测量数据' k7 o4 j/ E: s+ G) R- Y
单位:µm
1 E0 L* K7 [" _& Y+ ?6 u 11583r/min额定转速 并网后- i- S, h' o% |6 s- A4 r% q2 o( e A# K
⊥ — ⊙ ⊥ — ⊙
. B( N, r7 a- k( F5 e小齿轮负荷端 60 60 125 51 51 119
6 F' W, _7 T1 R! K! `小齿轮非负荷端 57 53 120 48 46 115
T4 M# w* H" c0 {: Q2 ?# V7 n5 H大齿轮非负荷端 42 39 39 40 38 38
4 C5 P5 |" x+ x& ~, j% E大齿轮负荷端 40 32 30 40 31 27% I; O6 H0 O, R3 ?7 u% V
- R' E# C$ H* Y6 M# g, k
根据表1所测数据,依据振动周期性的波动特性,可以排除支承动刚度变化引起的齿轮箱轴向振动。" A7 N0 o2 b0 H
此前对机组中心找正时,考虑到小齿轮在运行时受力原因有一定的上浮和出厂时技术说明的要求,已将汽轮机转子中心调整比小齿轮高0.05mm,解决了轴系中心不正的问题,但仍未能排除振动的现象,因此排除振动是轴系中心不正所致。# l& V/ e. b, u& g3 h7 e: x
通常轴承座轴向振动机理原因分析引起过大的轴向振动的原因绝大部分是轴承座轴向动刚度不足以及轴承座和发电机端盖轴承轴向结构刚度不足。由于轴颈和轴瓦之间处于液体摩擦状态且轴颈沿轴向运动速度很小,其摩擦系数很低(0.02~0.03)。轴向窜动沿轴方向振动可以忽略。但考虑到小齿轮与汽轮机是活动式联轴器,是否会因小齿轮上部件松动,小齿轮在齿轮箱内轴向窜动引起的撞击振动。通过查阅《汽轮发电机组振动及事故》等资料,并向原厂技术人员提出问题和看法,共同探讨,判断振动为撞击振动,且振动由小齿轮推力盘引起的。9 d3 T0 f! l2 n, V: U& S, H, H
再次揭开齿轮箱对推力盘瓢偏、间隙进行测量发现:
! k" ?8 I( J ]3 M+ o% u① 小齿轮推力盘瓢偏0.12mm,与技术要求0.02 mm相比超出0.1mm。* f( K9 t! D7 G
② 小齿轮推力盘与大齿轮的间隙1.17mm,与技术要求0.70mm相比,超出0.47mm。
% Q- T8 N& B. s- ^3 B2 D2.原因分析
4 S+ s3 W% G2 G8 _在翻阅随机文件时发现:
; M' k* M* ~5 J7 H6 v. | l①小齿轮推力盘是利用温差法过盈配合在小齿轮上的,虽有止退凸台限位,但推力盘与止退凸台之间仍存在0.5mm的间隙。
* ], E% Z1 @8 n②推力盘于大齿轮的端面结合面积只有约350mm2。(见图)
: @, @ y7 r) Q & q* E+ l6 P& V% k( y' l
③由于机组保温设计不合理,在长时间的运行后,汽轮机侧对小齿轮传输热量,造成推力盘在小齿轮上的紧力有所降低,在一定推力和开停机的碰撞下,推力盘对大齿轮端面就会有瓢偏和位移,瓢偏和位移增大后,就会增加小齿轮在齿轮箱内的轴向窜动量。周而复始,推力盘轴向窜动量会越来越大,从而引起过大的轴向振动。7 {# `5 h8 o. x1 G
3.措施及其效果- l; Q/ B, a, @0 Y4 |; ~
针对上述查出的各种原因分别采取了以下措施:2 B0 n/ G1 p1 n% O; U" l6 t$ ?
① 将推力盘与大齿轮的间隙调整为0.72mm
" r4 J8 Y) `7 p3 P9 w② 利用百分表、油石等,将推力盘瓢偏控制在0.015mm。
2 S; W, }/ o. a; c③ 将推力盘圆周上四等分,打Φ9.8X52mm的孔铰配Φ10X40mm的锥销,顶部攻丝,用M12X1.25长10mm的螺丝拧紧封死。- W, t0 y" S" b& `: O: N4 @# j, W
④ 然后再复测推力盘与大齿轮的间隙为0.72mm,推力盘瓢偏为0.01mm。
" K" _7 r; M1 s" C0 m⑤ 改进了原厂的保温,有效的降低汽轮机的热损失以及对齿轮箱的热辐射。 ) ^8 W/ Y% u3 f
根据VDI-2059汽轮机组转轴振动标准评价机组振动状态分为良好、报警、停机三个等级。它分别采用以下三个计算公式求得:良好Smax≤2400/转速的平方根≤22µm
9 k: Z' v7 i" [6 ? ^+ M报警Smax≤4500/转速的平方根≤42µm
" p1 t8 q/ X6 |' y6 f/ ~: |: i- k5 C停机Smax≤6600/转速的平方根≤61µm1 t, e* N4 h3 E% c) i$ d7 F# W
采取以上措施后,彻底消除了齿轮箱的轴向振动值超大、异响的缺陷,修理后一次启动成功。启动过程对齿轮箱11583r/min空载、并网后,满负荷运行等重点工况的振动情况进行全面的监测。测量数据见表:: D; Z: H/ Z; s0 x" `( g- q' V0 D
表2 修理后齿轮箱测量数据9 q, q6 ^0 m$ _5 F/ b
单位:µm
1 p Q& y7 n0 L, F% s8 r, u$ I/ u* O( ^( i( U
11583r/min额定转速 并网后 满负荷& e! p$ z! w4 |. h7 V
⊥ — ⊙ ⊥ — ⊙ ⊥ — ⊙* l% n& ?0 w3 e5 T/ D6 s3 c6 [
小齿轮负荷端 12 12 4 4 11 3 4 13 4
+ G! Y& \2 `" K$ q小齿轮非负荷端 4 4 3 1 3 3 11 21 6: m% G7 N4 C! A2 X2 g- P, P# X
大齿轮非负荷端 3 4 3 3 3 3 13 22 54 [; E; i- Q. `) j% A* u' }+ n/ h
大齿轮负荷端 3 3 3 1 3 3 6 13 6 s7 n9 R I2 k2 m6 S1 E2 T
4.结语9 Y" I2 } ~$ ^6 m# L( n$ B5 U4 X
如皋热电厂1# 机齿轮箱振动、异响原因,主要是小齿轮推力盘瓢偏超大,推力盘间隙超大引起的,将推力盘瓢偏数值、推力盘间隙控制在标准以内,振动、异响也随之消除了,机组运行正常。 0 f) x2 K R3 p
[参考文献]《汽轮发电机组振动及事故》施维新编著 北京-中国电力出版社 1998