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黄埔发电厂6号发电机振动原因分析           
黄埔发电厂6号发电机振动原因分析
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 11:26:47
黄埔发电厂6号发电机振动原因分析 朱占方1 乔海丹2
1.广东省电力工业局,广东 广州510600 2.黄埔发电厂,广东 广州510731

  振动值是大型汽轮发电机组的重要运行监视参数。根据统计,绝大多数的振动是由转子不平衡引起的,而由转子热不平衡引起的振动最具有隐蔽性,也容易造成设备损坏,本文就黄埔发电厂6号机组发电机转子振动的实例从理论上进行了剖析。

1 事故经过
  
黄埔发电厂6号发电机是QFS-300-2型双水内冷汽轮发电机,冷却水进水设计温度20~40 ℃,1991年经安装调试投入生产运行,至1998年已经历两次大修和几次小修。1998年2月3日6号机组小修后启动,冲转过程中振动正常;当机组并网运行带有功功率44 MW、无功功率107 MW时,监控系统发出“主机轴承振动大I值”报警信号,5号、7号、9号轴承振动全部报警;运行人员现场感觉振动强烈,用便携式振动表就地测量发现9号轴承垂直振动400 μm,并发现8号轴承观察窗有机玻璃振裂,有油冒出。即破坏真空紧急停机,机组惰走过程中振动剧烈,转子停定后,投电动盘车不动。事故后检查发现部分轴瓦乌金有磨损现象,部分轴承地脚螺栓松动,油挡磨损,发电机转子两端风扇叶片磨损。
  根据现场的情况和小修检修项目,初步怀疑发电机转子在运行中突然出现不平衡,造成振动。打开发电机端盖对转子进行检查却未有发现异常情况,在扩大检查时发现发电机转子冷却水相邻的1号、2号出水孔(共有16个出水孔)的堵头螺栓在小修过程中进行系统反冲洗后忘记拆除。根据这一发现结合发电机转子水路结构进行分析,从而得出了机组振动的原因是转子冷却水回路堵塞。那么,为什么机组在开机阶段没有明显振动而在带负荷运行一段时间后却有较大的振动发生呢?这有必要作进一步探讨。
  

2 原因分析
  
我们知道,发电机转子冷却水回路是均匀对称布置的,以保证转子冷却时在轴向和径向散热均匀,若转子部分冷却水回路堵塞,则当发电机并网带负荷运行时水路堵塞的转子线圈所产生的热量不能及时带走,在转子横断面上即直径对称方向将存在温度差,造成转子各部分膨胀不均衡,转子此时将发生热弯曲,弯曲所造成的离心作用将使转子发生振动。那么这种温差对转子振动的影响有多大呢?下面我们可以初步推算温差和转子离心力的关系。根据结构和转子动力学原因,可将转子简化视作由五段圆柱体组成,如图1。其中本体部分为L,直径为d,两端轴封和轴颈长度为l,转子水路堵塞部分和其它部分的温差为Δt,转子弯曲可视为半径R的圆弧形。

49-1.gif (2822 字节)

图1 弯曲变形的转子

  那么,端部与轴线的夹角为

θ=L/(2R).

  设α为材料线膨胀系数,δ为在轴线X1X1之间转轴中心的挠度,因为δ相对R数值较小,故有

δ=L2/(8R).

又因   g49-1.gif (1193 字节)
故    g49-2.gif (1297 字节)
  在轴线X1X1上距中心x的挠度假定为y,因为挠度实际很小,我们可以假定转轴的弯曲曲线为抛物线,可得

y=δ-ax2.

此时

a=4δ/L2

g49-3.gif (1377 字节)

  假定单位长度Δx的转子质量为m,对X1X1轴线的质量矩为m.Δx.y,则总的质量矩为

g49-4.gif (1500 字节)

其中,mL是总质量,质心距离X1X1为2δ/3。
  轴线X1X1和XX之间的距离

h=lθ=lL/(2R).

  黄埔发电厂6号发电机转子的本体长度为L=7280 mm;轴颈、水封侧长度分别为1645 mm,
1660 mm,本体部分直径d为1100 mm;材料为合金钢,α取13.6×10-6-1;径向温差暂按5 ℃计,则可得

g49-5.gif (1715 字节)
δ=L2/(8R)=0.409 5 mm,
θ=L/(2R)=0.000 225 rad,
h=lθ=0.372 375 mm.(l取平均值)

  假设转子重量为W,在ω=3 000 r/min下,仅仅由于热弯曲造成的离心力为F,则

g49-6.gif (1808 字节)

  可以看出,当转子冷却水回路堵塞时,在径向每产生1 ℃的温差,3 000 r/min下热弯曲所产生的离心力约为转子重量的100%,足以引起轴承发生较大的振动。尤其是300 MW的水冷发电机转子,长径比很大,温差对转子的热弯曲更为敏感。
  发电机转子热不平衡所造成的振动,与转子径向温差有着直接的关系,但由于温度效应有一定的滞后,因此当机组带负荷以后转子并不马上发生振动,而是随着时间的延长和电流的升高逐步的体现出来;同样,当励磁电流消失以后,转子振动也并不立即消失。这就说明了为什么6号机组在带负荷运行初期并未发生振动,当振动发生后停机过程中仍然有剧烈振动存在的原因。

3 结束语
  
本来两个小螺丝的质量没有多大,仅从质量的角度来说,其产生的不平衡是很微小的。但机组带负荷运行后,由于冷却水堵塞,使得转子散热不均匀,造成了热弯曲,机组发生的剧烈振动几乎造成设备损坏事故,可见其影响极大。由此可见电厂检修工作容不得丝毫的马虎大意,否则将造成难以想象的后果。

 

参考文献
[1] 钟一谔,何衍宗,王正,等.转子动力学[M].北京:清华大学出版社,1987

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