600_MW发电机轴承振动故障诊断及处理_闵昌发.pdf

发发电电机机轴轴承承振振动动故故障障诊诊断断及及处处理理收稿日期：基金项目：重庆市自然科学基金项目（）；重庆市教委重点科技项目（）。作者简介：闵昌发（），工程师，主要从事火电机组运行、检修技术管理工作。闵闵昌昌发发，王王家家胜胜（贵州粤黔电力有限责任公司，贵州 六盘水；重庆电力高等专科学校，重庆）摘摘 要要：某 发电机运行过程中出现其本体与基础共振问题，导致励磁滑环和碳刷磨损加剧，危及发电机的安全运行。从发电机本身出发，通过现场测试和结果分析，得出其振动原因为发电机支撑刚度下降，发电机组转子振动诱发发电机两侧轴承振动，最终形成了基础共振问题。结合诊断意见，现场采取轴承配重、调整地脚螺栓紧力和改善端盖轴承各结合面的接触状况等方案，提高了轴承的结构动刚度，并且在此基础上，通过转子动平衡，降低转子激振力，最终解决了机组运行中的振动问题。关关键键词词：发电机；结构共振；动平衡中中图图分分类类号号：文文献献标标识识码码：文文章章编编号号：（）振动是汽轮发电机组安全运行的主要指标之一。通常，振动是多个因素交叉引起，主要原因包括质量不平衡、转子不对中、动静碰摩、转子热弯曲、轴承失稳、汽流激振、轴承座动刚度低及结构共振等。所以，具体从某一方面去考虑其振动产生原因往往有一定难度，特别是安装、检修期间忽视具体细节及相关检查控制指标不足，都会造成一些突发振动，影响机组安全和稳定运行。本文结合 台大修后的机组运行时出现的振动故障，提出了机组在检修和运行中出现故障时的处理建议。某电厂 汽轮发电机组是东方电气集团生产的 机型，其电机是东方电机有限公司生产的水氢氢冷却方式的发电机，型号为 型；其汽轮机为 型亚临界、中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。轴系示意图如图 所示。该机组原本运行正常，机组经过大修后，其正常运行时发电机轴承振动大，振幅达到 ，给设备安全运行带来极大隐患。图 轴系示意图 振动试验及结果分析考虑到大型发电机的定子振动、氢冷器振动、端盖轴承振动和转子振动是相互耦合的，要找到发电机瓦振的激振源，就必须进行相关解耦诊断试验。因此，针对发电机振动故障，现场进行了详细的振动测试及试验。发电机振动测试及结果分析表 列出了机组正常运行时，发电机各测点的振动测试结果，可以得出以下两点结论。）尽管发电机各轴振测点均在 以内，但发电机瓦振已严重超标。）、轴振相位为同向，按照激振力的传递原理，在结构动刚度基本对称的前提下，其只能激起同向振动，但该发电机、瓦振的相位完全相反（见表），这说明瓦振严重超标并非主要因为发电机转子的激振力。机组升、降速试验及分析在机组升、降速试验中，通过测量轴振和轴承振动随转速的变化曲线，一方面可以判断发电机转子各阶振型及其平衡状况，为后续可能的动平衡试验提供参考；另一方面，可以测量轴承座等结构的固有频率，判断是否存在结构共振。表 发电机振动数据工况相对轴振瓦振相对轴振瓦振 注：振动数据为通频 基频相位，单位：第 卷 第 期重庆电力高等专科学校学报 年 月 为此，在 机组的冲转试验中，特地升速至 后再打闸停机，现场测得的发电机瓦振的波特曲线如图 所示。可以看出，发电机瓦振在 附近，明显存在 个振动峰值，说明端盖轴承已发生结构共振。图 发电机轴承振动的波特曲线 轴承座的外特性试验及其结果分析轴承外特性试验主要是测量端盖轴承座结构及其连接部位的振动分布，以确定这些结构的振动特性和结构的连接状况。振动测点选取应保证：测点布置应当既沿着部件的高度，又要沿着部件的周边把所有部件包括在内；对于复杂部件，测点尽可能靠近相互连接处；尽可能对垂直、水平、轴向 个方向的振动值都予以测量。如果轴承座部件连接处的振动幅值及相位发生阶越性变化，则说明此处的连接刚度已减弱。如有连接松动现象，其振动特点是振幅不稳定、振动分布不规律。图 和图 分别给出了、轴承盖的外特性测试结果，可以看出部分结合面差别振动明显（如图中下划线数据），这说明端盖轴承存在一定的连接松动。定子外特性试验及其结果分析与轴承座外特性试验类似，通过测量发电机定子底脚结构及其连接部位的振动分布，以确定这些结构的振动特性和结构的连接状况。图 和图 分别给出了定子电侧、炉侧的外特性测试结果。可以看出部分结合面差别振动明显（如图中下划线数据），这表明定子、台板与基础之间存在连接松动。定子底部、台板及基础的振动测试及结果分析图 和图 分别给出了、轴承侧的定子底部振动测试结果，可以看出尽管各部件未发现明显的连接松动，但定子底部、台板及基础振动十分剧烈，最大振动超过 ，这在现场相对少见，一般大型机组底部振动通常是 左右，这表明定子底部、台板及基础本身存在瑕疵。图 轴承盖测试结果（基频振动相位，单位：）图 轴承盖轴承外特性测试结果（基频振动相位，单位：）振动原因分析基于以上振动试验的结果，对发电机振动故障原因分析如下：）发电机各测点的振动均以基频成分为主，说明振动性质属于普通强迫振动；）尽管发电机各轴振测点均在优良水平，但发电机瓦振已严重超标；另外，、轴振相位为同向，按照激振力的传递原理，在结构动刚度基本对称的前提下，只能激起同向振动，但该发电机、轴承振动相位完全相反。这说明瓦振的振动故障源不在于转子，而在轴承座上，即轴承座动刚度严重不足或不对称。重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 卷第 期图 定子电侧外特性测试结果（基频相位，单位：）图 定子炉侧外特性测试结果（基频相位，单位：）图 轴承盖侧定子底部振动测试结果（基频相位，单位：）考虑到发电机属端盖轴承，与定子一体，因此定子振动也会激发轴承座振动。事实上，现场测试结果显示，定子底部、台板及基础部件存在明显的差别振动，这表明定子底部可能存在脱空等安装瑕疵。图 端盖轴承侧定子底部振动测试结果（基频相位，单位：）第 卷第 期 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报）从 升 降 速 的 振 动 趋 势 来 看，发 电 机 在 附近时存在明显的结构共振。综上所示，该机组轴承振动大的根本原因是由于结构本身或安装瑕疵，使得发电机支撑刚度下降，其结构固有频率落在 附近，继而引发端盖轴承在定速运行中发生结构共振。振动处理措施对于结构共振的问题，原则上通常可以采取两个方面的措施：）本质上，轴承座共振是结构方面的因素，可以通过改变结构动刚度，使部件的固有频率避开工作转速；）理论上，如果转子的激振力足够低，或使激振力方向避开结构刚度薄弱点，那么即使存在结构共振，也不一定会出现振动。在定子上压重物如果发电机结构振动十分剧烈，但暂时没有停机检修的机会，现场可以尝试在发电机定子上压重物。一是通过增大参振质量、耗散振动能量来减缓结构共振；二是降低发电机两端的上翘态势，以提高端盖轴承的支撑刚度。）重物的选择。现场常采用的重物有沙包、钢球、钢锭等。相比较而言，沙包的降振效果更为明显一些，这是因为沙粒在发电机的结构振动中，相互碰撞的数量更多，摩擦也更为充分，消耗的振动能量自然也就更大，对发电机结构产生了更好的阻尼力效果。）压重物位置的选择。当重物所在位置的振动越大，颗粒之间碰撞、摩擦就越剧烈，产生的阻尼力也就越大。因此，应把重物压在发电机结构振动最为剧烈的地方，即在定子两端压重物对减缓发电机的端盖轴承座振动更为有效，特别是在端盖轴承加强筋之间增加沙袋。调整地脚螺栓的紧力如果发电机定子不存在局部脱空或接触不良等问题，依靠定子的自重就足以把垂直方向的结合面压实。但实际上发电机出现结构振动问题，说明定子某些底脚存在安装瑕疵，产生了虚脚。因此，就有必要对定子底脚螺栓的紧力进行调整，来消除或缓解发电机的结构振动问题。减小激振力措施现场实践表明，发电机结构振动故障的检修工期长、处理难度大，目前也没有可参考的施工标准，许多故障机组虽历经多次检修但效果不佳。而现场动平衡作为一种简便、可靠的振动处理方法，可尝试应用到发电机结构振动故障的处理上，即通过现场精细动平衡试验，尽量把转子传给轴承的激振力减小，或改变激振力的方向，有时会对发电机的结构振动故障起到立竿见影的效果。目前 大型发电机转子多在二、三阶临界转速之间运行，而采用端盖轴承的发电机瓦振呈现二阶振型，两者之间存在振型耦合作用。因此，在发电机转子跨外和跨内同时加重的动平衡校正方法，可较好地平衡两种振型之间的耦合畸变问题。通常二阶振型的校正在发电机风扇滑环上反向加重，三阶振型校正则可在低发对轮或现场发励对轮上加重。现场振动处理过程及效果 结构动刚度的调整及其效果在现场对发电机结构动刚度进行调整，具体措施如下。）在发电机定子上压沙袋，以改变参振质量，进而调整端盖轴承的结构刚度，使其结构固有频率尽量远离 。在发电机顶部压了 的行车试重块，励端轴承盖振动下降了 左右。）考虑到发电机定子底部、台板及基础可能接触不良，甚至结构损伤，如果把每个地脚螺栓都完全紧固，反而容易出现定子底脚载荷不均或软脚的问题，比如定子底部存在脱空处；如果一味地增大地脚螺栓紧力，就可能造成发电机定子底脚的局部变形。因此，通过试验，先逐步松开发电机部分地脚螺栓，依靠发电机定子本身重量来对定子地脚载荷进行自动分配，以最大限度地提高结构的连接刚度。再逐步将发电机地脚螺栓松开，此时发电机励端轴承盖振动大幅下降，由原来的 左右下降到，发电机本体最大振动点由 降至 左右，发电机出线罩最大振动点由 降至 左右，对缓解机组极剧恶化的振动起到了一定作用。同时，在松开地脚螺栓后，汽端振动有 左右的涨幅，考虑到发电机出线罩、封闭母线均在励端，故先维持在该方式下运行，并加强机组参数的监视，做好发电机底部系统的防磨防振措施，确保不发生由振动带来的衍生问题。）对端盖轴承各部接触情况进行检查，特别是垫铁与瓦枕的接触状况，以保证各部结合面接触密实、均匀，能最大限度地提高端盖轴承本身的连接刚度。利用停机机会，先后两次抽出发电机垫片并进行相关检查，重新找发电机中心，并在寻找过程中充分考虑了垫片的渐进性，以保证满足对轮张口的要求。实施上述措施后，发电机轴承振动有所改善，振幅降低了 左右，但仍属于严重超标，本体及发电机出线罩振动仍然较大，对机组的安全运行构成严重的威胁。重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 卷第 期 现场动平衡及其效果利用该机组调停备用机会，在发电机两端风扇环上各加重 后，轴承振动显著降低，并达到现行国标规定的合格水平（）。表 发电机动平衡前后振动数据工况相对轴振瓦振相对轴振瓦振加重前 加重后 结论）发电机相对轴振小、瓦振大，现场采用轴系振动测试试验、升降速试验、轴承座外特性试验、定子外特性试验等对发电机轴承振动进行溯源分析。）基于振动试验结果分析，诊断机组轴承超标是发电机的支撑刚度下降导致结构固有频率下降，进而引发了结构共振。）针对发电机结构共振问题，现场采取加沙袋、调整地脚螺栓紧力、改善端盖轴承各结合面的接触状况等检修措施，提高了轴承的结构动刚度，使发电机轴承振动有所下降。）通过现场动平衡，使转子激振力方向避开了发电机结构刚度的薄弱点，最终把发电机各测点的振动降至合格水平。）在同类型机组的检修过程中，必须充分考虑通过调整发电机垫片可能带来的问题，并提前做好细节工作，特别是在垫片的选用方面应仔细、谨慎。参考文献：张学延，张卫军，何国安 火电厂旋转机械振动诊断及治理技术 北京：中国电力出版社，施维新，石静波 汽轮发电机组振动及事故 北京：中国电力出版社，杨建刚 旋转机械振动分析与工程应用 北京：中国电力出版社，王家胜，赵杰，甘飞，等 某超临界 机组汽轮机振动异常原因分析及处理 热力发电，（）：，何国安，张学延，张卫军 汽轮发电机组轴系振动研究进展及趋势 热力发电，（）：刘石，王飞，冯永新，等 引进型 发电机组轴系振动特征及处理 大电机技术，（）：，姚永琪，徐福娣，胡建波 汽轮发电机定子机座及铁芯的动力特性分析 上海市土木工程学会 年上海市国际工业博览会第三届上海市“工程与振动”科技论坛文集 上海：同济大学电子音像出版社，：柴岩，钟良，杨建刚 汽轮机低压缸轴承座振动分析和动平衡试验研究 汽轮机技术，（）：王家胜，文贤馗，邓彤天，等 某 汽轮机组振动故障分析与