張健

摘 要：本文分主要對在實際運作過程中的發(fā)電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)突發(fā)性振動情況的主要因素、振動特征及其診斷手段進行分析，并依據(jù)實際例子進行論述。筆者依據(jù)多年經(jīng)驗認為，突發(fā)性振動出現(xiàn)的原因是在實際運作的時候轉(zhuǎn)子的油膜渦動及其匝間出現(xiàn)短路的情況、線圈發(fā)生膨脹等多方面引起的熱不平衡現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：發(fā)電機轉(zhuǎn)子；突發(fā)性振動；研究通常情況下，引發(fā)發(fā)電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動問題的因素有諸多種，經(jīng)?？吹降挠幸韵聨追N：第一種是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡；第二種是轉(zhuǎn)子不對中；第三種是共振等。不僅僅如此，也可能由于線圈出現(xiàn)短路、冷卻系統(tǒng)發(fā)生堵塞的情況等因素也會導致轉(zhuǎn)子熱不平衡亦或是油膜震蕩而引起振動的情況。前者引發(fā)的通常是較為穩(wěn)定性的振動，但是后者經(jīng)常會出現(xiàn)突發(fā)性亦或是不穩(wěn)定的振動，這樣產(chǎn)生的危害也就會越大些?；诖耍疚闹饕獙﹄姍C轉(zhuǎn)子發(fā)生突發(fā)性振動的成因情況及其診斷方法進行論述，并以一臺6MW機組油膜半速渦動引起的突發(fā)性振動情況作為主要論述對象進行論述，提出合理化建議，供以借鑒。1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子突發(fā)振動原因分析1.1 油膜渦動和油膜振蕩不穩(wěn)定油膜渦動是普通潤滑軸承發(fā)生次同步不穩(wěn)定振動動問題的主要原因。油膜渦動是油膜力激發(fā)的振動，此時正常運行條件的改變（如傾角和偏心率）引起油楔“推動”轉(zhuǎn)軸在軸承中運動，因而在旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生的不穩(wěn)定力使轉(zhuǎn)子發(fā)生渦動（或正進動）。如果系統(tǒng)內(nèi)存在足夠大的阻尼，則轉(zhuǎn)軸回到其正常位置，變得穩(wěn)定；否則，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)渦動，出現(xiàn)較大的不穩(wěn)定振動。油膜不穩(wěn)定渦動一般是由于過大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設(shè)計，潤滑油參數(shù)的改變等因素引起的。根據(jù)振動頻譜很容易識別油膜渦動不穩(wěn)定，其出現(xiàn)時的振動頻率為同步振動頻率的40%～48%，接近轉(zhuǎn)速頻率的一半，也常稱為油膜半速渦動。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速較汽輪機轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速要低，故一般發(fā)電機轉(zhuǎn)子更容易發(fā)生油膜渦動或油膜振蕩。早期的國產(chǎn)200MW和300MW機組由于設(shè)計的軸承穩(wěn)定性裕度偏小，致使一些機組的發(fā)電機轉(zhuǎn)子在超速和帶負荷運行工況曾發(fā)生過油膜振蕩故障，后采用更換軸承等措施基本解決了這類機組的油膜振蕩問題。但近年來實際仍存在一些機組的發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生突發(fā)性的油膜渦動不穩(wěn)定現(xiàn)象，尤其是一些中小容量機組（100MW以下）。在運行工況下，它易受由于轉(zhuǎn)軸找正而造成的偏差大小、軸承標高的變化（引起軸承負載變化）及供油溫度變化的影響。1.2 轉(zhuǎn)子熱不平衡轉(zhuǎn)子熱不平衡是指轉(zhuǎn)子受熱后發(fā)生的軸彎曲現(xiàn)象。通常熱不平衡產(chǎn)生的振動為基頻成分。當振動與勵磁電流有關(guān)，且振動的變化與電流的改變存在時滯，則可確認發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在熱不平衡。除轉(zhuǎn)子鍛件材料的各項異性（不均）外，發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱不平衡的其他常見原因有：轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)不對稱、轉(zhuǎn)子受熱不均勻、轉(zhuǎn)子線圈熱膨脹不均而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力及動靜碰磨。2 一臺6MW機組油膜半速渦動引起的突發(fā)性振動2.1 機組概況和振動特征該機組主要由某城市的汽輪機生產(chǎn)出來的一款產(chǎn)品，并且是在1995年開始投入使用的。在1996年12月一直到1997年1月的時間中進行調(diào)試，并且在具有較大負荷的情況下，3號軸承發(fā)生突發(fā)性振動的情況。在發(fā)電機的參數(shù)中顯示為5.5MW、3.5MVAD的時候，3號軸承產(chǎn)生的數(shù)值從原來的40μm逐漸增加到70μm，并且其他幾個軸承振動也發(fā)生了較大的變化，但是沒有較大的幅值。這個時候相關(guān)人員依據(jù)振動頻譜進行分析，突發(fā)性振動主要來源于半頻（25Hz），這個時候3號軸承垂直是25μm，占據(jù)了通頻振動的42%，水平振動半頻分量是40μm，占據(jù)了通頻振動的81%。2.2 振動分析與處理相關(guān)人員依據(jù)上面振動情況能夠?qū)Πl(fā)電機大負荷及其高無功條件下3號軸承產(chǎn)生的油膜半速渦動辨別出來，所以當前決定對軸瓦是否安裝恰當進行詳細的檢查。由于之前沒有保存的有關(guān)記錄，只有把2、3號軸承座的上蓋地方開啟，采取就地方式進行檢測。測量所得到的結(jié)果較好的顯示出：3號軸承上面間隔的距離為260μm，并且兩端側(cè)隙大概在250μm的范圍內(nèi)，軸瓦朝著南側(cè)偏移了大概50μm左右。相關(guān)人員將發(fā)動機停止大概72h以后，對轉(zhuǎn)子揚度進行認真檢測以后可以得知，3號軸承標高要比2號軸承要小出150μm，但是制造廠家往往要求冷卻安裝的過程中，2號軸承標高應(yīng)當控制0，并且1號和3號軸承標高要做到向上揚升。所以，3號軸承發(fā)生半速渦動主要因素是由于相關(guān)人員沒有規(guī)范安裝軸瓦，這樣致使3號軸承標高處于不高的狀態(tài)，當大負荷運作的時候就會致使標高發(fā)生變化，導致3號軸承出現(xiàn)輕載的情況，減少了軸瓦的穩(wěn)定性能。針對3號軸承安裝的實際測量情況，提出抬高軸承標高、減小頂隙、刮大兩側(cè)間隙，并重新對輪找中的方案。最終調(diào)整結(jié)果為3號軸承下瓦墊高100μm，南側(cè)墊50μm，3號軸承中分面拆墊100μm，4號軸承座底部墊高100μm。最后測量3號軸承下瓦兩側(cè)間隙250μm，頂隙180μm，上瓦頂部緊力70μm。該調(diào)整方案實施后，機組可帶大負荷運行，并順利完成72h試運行。在此期間，機組曾帶超額定有功及4.8MVA無功運行，均未出現(xiàn)突發(fā)性振動。機組帶大負荷運行后振動穩(wěn)定，額定工況附近3號軸承最大振動30μm左右。其余軸承各方向振動均在20μm以內(nèi)。3 結(jié)束語通過以上內(nèi)容的論述，可以得到以下幾點結(jié)論：（1）發(fā)電子轉(zhuǎn)子在實際運作的時候出現(xiàn)突發(fā)性振動是因為在熱態(tài)的環(huán)境下，軸承油膜處于不穩(wěn)定的狀態(tài)亦或是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱不平衡的情況導致的，并且和有功負荷以及相關(guān)勵磁電流之間有著密切的聯(lián)系。（2）轉(zhuǎn)子冷卻時間不均勻，受熱出現(xiàn)不均勻的情況等問題，都有可能致使發(fā)電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱不平衡的情況。（3）相關(guān)人員可以在實際現(xiàn)場中關(guān)于振動特點能夠?qū)φT發(fā)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)突發(fā)性振動的情況進行確定，并采取恰當?shù)慕鉀Q措施。參考文獻[1]劉俊英，張楊，張禹卓.帶小軸的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子裝配工藝探討[J].電站系統(tǒng)工程，2012（01）.[2]李建生.汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子的修復(fù)技術(shù)[J].四川電力技術(shù)，2005（04）.[3]李冰，朱嶸.300MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子現(xiàn)場大修[J].黑龍江科技信息，2003（06）.[4]胡乃琴，歐金齋，冷慧明.汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子車削新工藝及其應(yīng)用[J].東方電氣評論，2002（01）.