陳景易

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150040）

汽輪發(fā)電機機組振動可能發(fā)生在安裝后運行的初期，也可能發(fā)生在運行一段時間之后。汽輪發(fā)電機振動問題十分復(fù)雜，原因有很多，各種原因引起的特征有相同之處，也有不同之處，沒有統(tǒng)一的規(guī)律。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生振動時，需要專業(yè)人員根據(jù)實際情況進(jìn)行分析，查找出造成振動的原因，并給出相應(yīng)的解決方案來保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動恢復(fù)正常。大型汽輪發(fā)電機出現(xiàn)振動問題的處理過程通常有以下四步：一是進(jìn)行振動測試和數(shù)據(jù)采集工作，進(jìn)行設(shè)計資料、安裝、檢修和運行情況資料的收集；二是對采集到的數(shù)據(jù)和收集到的資料進(jìn)行分析，確定振動的主要特征，根據(jù)振動特征制定處理方案，若振動特征對應(yīng)的問題可能性較多，可以制定進(jìn)一步的現(xiàn)場檢查方案或試驗方案，并根據(jù)結(jié)果制定處理方案；三是實施處理方案；四是觀察處理方案的實施效果，確定是否解決問題，效果如何，是否需要做進(jìn)一步處理。振動的處理還包含著很大的經(jīng)驗性。在解決大型汽輪發(fā)電機出現(xiàn)的振動問題過程中，需要加強梳理歸納，不斷總結(jié)積累相關(guān)處理經(jīng)驗。

水氫冷350MW 汽輪發(fā)電機采用端蓋式軸承，發(fā)電機定子振動和轉(zhuǎn)子振動相互耦合。發(fā)電機運行時，定子機座除了承受鐵芯傳來的電磁振動外，還將承受轉(zhuǎn)子不平衡力產(chǎn)生的機械振動。某電廠兩臺水氫冷350MW 汽輪發(fā)電機組的軸系軸承布置如圖1 所示。

圖1 發(fā)電機組軸承布置示意圖

1＃機組滿負(fù)荷運行時，發(fā)電機5＃軸承座垂直方向振動位移峰峰值最大為54μm，該值大于30μm 的整定值；6＃x 向軸振位移峰峰值最大為95μm，該值大于76μm 的整定值值。1＃機滿負(fù)荷運行工況TSI 監(jiān)測畫面如下圖2 所示。

圖2 1＃機滿負(fù)荷TSI 監(jiān)測畫面

針對該兩處振動超標(biāo)，通過機組升、降速振動試驗，發(fā)電機勵磁電流試驗，機組有功負(fù)荷試驗，端蓋及機座外部振動特性試驗和結(jié)構(gòu)固有頻率試驗，對該機組的振動故障進(jìn)行分析和診斷并給出改進(jìn)建議。

1 振動異常原因分析

1.1 1＃機5＃座振偏大原因分析

調(diào)取1＃ 機5＃、6＃ 軸振隨轉(zhuǎn)速的變化曲線可以發(fā)現(xiàn)：發(fā)電機5#、6＃軸振在3000rpm 以下存在600rpm 附近和2882rpm附加存在兩個臨界轉(zhuǎn)速（而該型號發(fā)電機在3000rpm 以下的設(shè)計臨界轉(zhuǎn)速只有一個為1400rpm，第二階臨界轉(zhuǎn)速為3400rpm）。由于制造廠內(nèi)實測臨界轉(zhuǎn)速均比現(xiàn)場實測值高，而轉(zhuǎn)子本身沒有變化，因此是由于支撐剛度降低導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)速下降。5#、6＃軸振隨轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖3 所示，5#、6#軸振過速試驗振動如圖4。

圖3 5#、6＃軸振隨轉(zhuǎn)速變化曲線

圖4 過速試驗座振、軸振曲線

5#端蓋振動偏大的原因：（1）5＃端蓋支撐剛度不足，當(dāng)拉緊5?；A(chǔ)螺桿后5＃座振明顯下降，可以證明連接剛度不足；（2）1＃機比2＃機同工況基礎(chǔ)振動偏大可以證明1＃機基礎(chǔ)剛度偏弱，5＃端蓋基礎(chǔ)本身剛度不足。

1.2 1＃機6＃軸振偏大原因分析

在變負(fù)荷工況（勵磁電流不變），5＃，6＃軸振隨負(fù)荷波動明顯且沒有滯后，這可以排除熱彎曲的影響，軸振隨負(fù)荷變化有兩個原因：（1）低發(fā)聯(lián)軸器連接不佳，導(dǎo)致振動隨扭矩增加；（2）汽輪機蒸汽參數(shù)變化，引起汽缸內(nèi)壓力和溫度分布改變，熱膨脹相應(yīng)改變，引起機組振動狀態(tài)改變。由于上述兩種原因的同時存在或者存在一個，導(dǎo)致1＃機組帶到滿負(fù)荷時，5X 軸振最大到75μm，6X 軸振最大到95μm。1＃機5#、6#軸振隨有功負(fù)荷的變化曲線如圖5 所示。

圖5 1＃機5#、6#軸振隨有功負(fù)荷變化曲線

2 1＃機與2＃機安裝狀態(tài)及同工況各部位振動特征對比

根據(jù)原因初步分析得到的結(jié)論，確定了機組檢查的主要方案，內(nèi)容包括：檢查密封瓦、擋油蓋等與轉(zhuǎn)軸的磨損情況和間隙；復(fù)查機座地腳階梯墊片；解開聯(lián)軸器，復(fù)查軸系標(biāo)高；基礎(chǔ)沉降測量、二次灌漿質(zhì)量檢查。

按照機組檢查方案對機組進(jìn)行了檢查，得到檢查結(jié)果如下：軸系中心標(biāo)高變化；密封瓦、軸瓦、擋油蓋等與轉(zhuǎn)軸存在研磨情況；基礎(chǔ)座板與二次灌漿面結(jié)合有較大間隙；現(xiàn)場觀測發(fā)電機墊片布置不符合安裝說明書要求；汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)無沉降。

通過以上兩條的分析，5＃座振和6＃軸振偏大的原因可能是由于端蓋支撐剛度不足或基礎(chǔ)剛度不足造成，為了跟進(jìn)一步確定具體原因，對1＃機和2＃機的安裝狀態(tài)和滿負(fù)荷工況的振動特征進(jìn)行對比。

2.1 2#機低發(fā)對輪實測值與設(shè)計值差異如圖6 所示。

圖6 1＃機低發(fā)對輪實測值與設(shè)計值差異

2.2 1＃機與2＃機軸系揚度對比如圖7 所示。

圖7 1＃機、2＃機軸系揚度對比

2.3 1＃機和2＃機滿負(fù)荷工況基礎(chǔ)振動對比。

在1＃機和2＃機同時滿負(fù)荷工況選取相同的8 個測點測試基礎(chǔ)振動并進(jìn)行對比，如表1 所示。

由表1 可見1＃機基礎(chǔ)振動明顯大于2＃機，且個別點超過了20μm 的合格值。

表1 1＃機和2＃機滿負(fù)荷工況基礎(chǔ)振動對比

對本臺機組，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機基礎(chǔ)的二次灌漿不密實，二次灌漿面與發(fā)電機臺板存在1mm～40mm 間隙，間隙寬度5mm～25mm。臺板在二次壓力灌漿時，發(fā)電機定子全部重量都落在臺板上。灌漿結(jié)束后，由于二次灌漿不密實，導(dǎo)致原本應(yīng)該由臺板和基礎(chǔ)共同承擔(dān)的發(fā)電機重量大部分作用在了臺板上，使臺板產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致定子機座的撓度曲線與原設(shè)計不同，發(fā)電機定子部分出現(xiàn)傾斜，進(jìn)而造成分配在汽勵端軸承上的載荷與設(shè)計值產(chǎn)生較大偏差。當(dāng)軸承載荷偏差過大時，機組運行過程中軸承處油膜就會在運行到一定轉(zhuǎn)速時發(fā)生失穩(wěn)，產(chǎn)生振動。

3 結(jié)論及改進(jìn)建議

3.1 分析結(jié)論

根據(jù)以上對1＃機5＃座振和6＃軸振偏大的原因分析以及1＃機、2＃機相關(guān)參數(shù)的對比可以得出以下結(jié)論：

a.1＃機5＃瓦座振偏大達(dá)到54μm 并且超過30μm 要求。是由于5＃端蓋支撐剛度或基礎(chǔ)剛度不足以導(dǎo)致。

b.1＃機5＃和6＃軸振隨有功負(fù)荷波動且無滯后，其原因為：低發(fā)聯(lián)軸器連接狀態(tài)不佳或汽輪機蒸汽參數(shù)變化引起汽缸內(nèi)壓力和溫度分布改變導(dǎo)致熱膨脹相應(yīng)改變，以上兩個原因共同導(dǎo)致6＃X 向軸振最大到95μm 并且超過76μm 要求值。

3.2 改進(jìn)建議

根據(jù)以上分析，綜合考慮各種因素提出以下改進(jìn)處理建議：

a.檢查基礎(chǔ)剛度及沉降。

b.檢查二次灌漿面水平度及四角高程差。

c. 另外可對發(fā)電機轉(zhuǎn)子6＃ 軸承位置進(jìn)行熱態(tài)動平衡試驗。

4 結(jié)論

運行現(xiàn)場的汽輪發(fā)電機機組振動，可能發(fā)生在安裝后的運行初期，也可能發(fā)生在運行一段時間之后。汽輪發(fā)電機機組振動問題產(chǎn)生原因十分復(fù)雜，沒有通用的振動處理方案，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行分析處理。本章提供了一例發(fā)電機振動處理實例，大型汽輪發(fā)電機可能出現(xiàn)的振動問題具有很好的參考借鑒作用。