汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子突發(fā)性振動(dòng)問(wèn)題分析

張健

摘 要：本文分主要對(duì)在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)情況的主要因素、振動(dòng)特征及其診斷手段進(jìn)行分析，并依據(jù)實(shí)際例子進(jìn)行論述。筆者依據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，突發(fā)性振動(dòng)出現(xiàn)的原因是在實(shí)際運(yùn)作的時(shí)候轉(zhuǎn)子的油膜渦動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)子；突發(fā)性振動(dòng)；研究通常情況下，引發(fā)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)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(duì)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(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱不平衡亦或是油膜震蕩而引起振動(dòng)的情況。前者引發(fā)的通常是較為穩(wěn)定性的振動(dòng)，但是后者經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性亦或是不穩(wěn)定的振動(dòng)，這樣產(chǎn)生的危害也就會(huì)越大些?；诖?，本文主要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生突發(fā)性振動(dòng)的成因情況及其診斷方法進(jìn)行論述，并以一臺(tái)6MW機(jī)組油膜半速渦動(dòng)引起的突發(fā)性振動(dòng)情況作為主要論述對(duì)象進(jìn)行論述，提出合理化建議，供以借鑒。1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子突發(fā)振動(dòng)原因分析1.1 油膜渦動(dòng)和油膜振蕩不穩(wěn)定油膜渦動(dòng)是普通潤(rùn)滑軸承發(fā)生次同步不穩(wěn)定振動(dòng)動(dòng)問(wèn)題的主要原因。油膜渦動(dòng)是油膜力激發(fā)的振動(dòng)，此時(shí)正常運(yùn)行條件的改變（如傾角和偏心率）引起油楔“推動(dòng)”轉(zhuǎn)軸在軸承中運(yùn)動(dòng)，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(dòng)（或正進(jìn)動(dòng)）。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(dòng)，出現(xiàn)較大的不穩(wěn)定振動(dòng)。油膜不穩(wěn)定渦動(dòng)一般是由于過(guò)大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑油參數(shù)的改變等因素引起的。根據(jù)振動(dòng)頻譜很容易識(shí)別油膜渦動(dòng)不穩(wěn)定，其出現(xiàn)時(shí)的振動(dòng)頻率為同步振動(dòng)頻率的40%～48%，接近轉(zhuǎn)速頻率的一半，也常稱(chēng)為油膜半速渦動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速較汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速要低，故一般發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子更容易發(fā)生油膜渦動(dòng)或油膜振蕩。早期的國(guó)產(chǎn)200MW和300MW機(jī)組由于設(shè)計(jì)的軸承穩(wěn)定性裕度偏小，致使一些機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在超速和帶負(fù)荷運(yùn)行工況曾發(fā)生過(guò)油膜振蕩故障，后采用更換軸承等措施基本解決了這類(lèi)機(jī)組的油膜振蕩問(wèn)題。但近年來(lái)實(shí)際仍存在一些機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生突發(fā)性的油膜渦動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，尤其是一些中小容量機(jī)組（100MW以下）。在運(yùn)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(biāo)高的變化（引起軸承負(fù)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(dòng)為基頻成分。當(dāng)振動(dòng)與勵(lì)磁電流有關(guān)，且振動(dòng)的變化與電流的改變存在時(shí)滯，則可確認(rèn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱不平衡。除轉(zhuǎn)子鍛件材料的各項(xiàng)異性（不均）外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱不平衡的其他常見(jiàn)原因有：轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)、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(dòng)靜碰磨。2 一臺(tái)6MW機(jī)組油膜半速渦動(dòng)引起的突發(fā)性振動(dòng)2.1 機(jī)組概況和振動(dòng)特征該機(jī)組主要由某城市的汽輪機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的一款產(chǎn)品，并且是在1995年開(kāi)始投入使用的。在1996年12月一直到1997年1月的時(shí)間中進(jìn)行調(diào)試，并且在具有較大負(fù)荷的情況下，3號(hào)軸承發(fā)生突發(fā)性振動(dòng)的情況。在發(fā)電機(jī)的參數(shù)中顯示為5.5MW、3.5MVAD的時(shí)候，3號(hào)軸承產(chǎn)生的數(shù)值從原來(lái)的40μm逐漸增加到70μm，并且其他幾個(gè)軸承振動(dòng)也發(fā)生了較大的變化，但是沒(méi)有較大的幅值。這個(gè)時(shí)候相關(guān)人員依據(jù)振動(dòng)頻譜進(jìn)行分析，突發(fā)性振動(dòng)主要來(lái)源于半頻（25Hz），這個(gè)時(shí)候3號(hào)軸承垂直是25μm，占據(jù)了通頻振動(dòng)的42%，水平振動(dòng)半頻分量是40μm，占據(jù)了通頻振動(dòng)的81%。2.2 振動(dòng)分析與處理相關(guān)人員依據(jù)上面振動(dòng)情況能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)大負(fù)荷及其高無(wú)功條件下3號(hào)軸承產(chǎn)生的油膜半速渦動(dòng)辨別出來(lái)，所以當(dāng)前決定對(duì)軸瓦是否安裝恰當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)的檢查。由于之前沒(méi)有保存的有關(guān)記錄，只有把2、3號(hào)軸承座的上蓋地方開(kāi)啟，采取就地方式進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量所得到的結(jié)果較好的顯示出：3號(hào)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(dòng)機(jī)停止大概72h以后，對(duì)轉(zhuǎn)子揚(yáng)度進(jìn)行認(rèn)真檢測(cè)以后可以得知，3號(hào)軸承標(biāo)高要比2號(hào)軸承要小出150μm，但是制造廠家往往要求冷卻安裝的過(guò)程中，2號(hào)軸承標(biāo)高應(yīng)當(dāng)控制0，并且1號(hào)和3號(hào)軸承標(biāo)高要做到向上揚(yáng)升。所以，3號(hào)軸承發(fā)生半速渦動(dòng)主要因素是由于相關(guān)人員沒(méi)有規(guī)范安裝軸瓦，這樣致使3號(hào)軸承標(biāo)高處于不高的狀態(tài)，當(dāng)大負(fù)荷運(yùn)作的時(shí)候就會(huì)致使標(biāo)高發(fā)生變化，導(dǎo)致3號(hào)軸承出現(xiàn)輕載的情況，減少了軸瓦的穩(wěn)定性能。針對(duì)3號(hào)軸承安裝的實(shí)際測(cè)量情況，提出抬高軸承標(biāo)高、減小頂隙、刮大兩側(cè)間隙，并重新對(duì)輪找中的方案。最終調(diào)整結(jié)果為3號(hào)軸承下瓦墊高100μm，南側(cè)墊50μm，3號(hào)軸承中分面拆墊100μm，4號(hào)軸承座底部墊高100μm。最后測(cè)量3號(hào)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(shí)施后，機(jī)組可帶大負(fù)荷運(yùn)行，并順利完成72h試運(yùn)行。在此期間，機(jī)組曾帶超額定有功及4.8MVA無(wú)功運(yùn)行，均未出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)。機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行后振動(dòng)穩(wěn)定，額定工況附近3號(hào)軸承最大振動(dòng)30μm左右。其余軸承各方向振動(dòng)均在20μm以?xún)?nèi)。3 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上內(nèi)容的論述，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）發(fā)電子轉(zhuǎn)子在實(shí)際運(yùn)作的時(shí)候出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)是因?yàn)樵跓釕B(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(dǎo)致的，并且和有功負(fù)荷以及相關(guān)勵(lì)磁電流之間有著密切的聯(lián)系。（2）轉(zhuǎn)子冷卻時(shí)間不均勻，受熱出現(xiàn)不均勻的情況等問(wèn)題，都有可能致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱不平衡的情況。（3）相關(guān)人員可以在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中關(guān)于振動(dòng)特點(diǎn)能夠?qū)φT發(fā)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)的情況進(jìn)行確定，并采取恰當(dāng)?shù)慕鉀Q措施。參考文獻(xiàn)[1]劉俊英，張楊，張禹卓.帶小軸的汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)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(jī)轉(zhuǎn)子車(chē)削新工藝及其應(yīng)用[J].東方電氣評(píng)論，2002（01）.