50MW发电机组振动超标原因分析与处理

何杨柯

(中国石化股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004)

1.概述

某国产50MW发电机组，汽轮机为高压、单缸、单轴、双抽汽、冲动冷凝式汽轮机组；配套QFJ-60-2 10.5KV型号发电机，使用静止励磁装置。2013年初机组试运行，汽轮机转子轴振动值过高导致机组停机。机组结构示意图见图1。

图1

2.振动特征及测量数据

(1)汽轮机转子振动特征

机组升速过程中转子不稳定，过临界转速1 442r/min时振动较大。转速达到2 200r/min后，2#轴承的振动达到130μm报警值，转速2 800r/min后2#轴承的振动值起伏波动，转子稳定性变差，机组在3 000r/min上运行只维持了很短时间。由于2#轴承振动持续升高、超过150μm导致停机，跳车后该轴振动持续上升并超过200μm。轴承振动数据见表1。

表1 汽轮机轴振动数据

(2)发电机4#轴承座振动特征

发电机轴承座在升速过程中现场测振，4#轴承座在1 200r/min时轴向振动速度通频值为1.78mm/s，有100Hz频率分量为1.38mm/s，100Hz频率分量占通频值的77%为主要频率成份。

转速超过2 800r/min后，轴向振动100Hz分量迅速增大为主要成份。转速3 000r/min时，4#轴承座轴向振动最大值振动值为20mm/s，远大于径向的振动速度。振动频率主要成份为2倍频分量为19mm/s，1×分量1mm/s，2×分量占通频值95%(表2)，发电机4#轴承座在轴向存在约100Hz频率响应。加励磁电流，对轴承座轴向振动影响很小。

表2 3 000r/min时4#轴承座振动速度 mm/s

在固定转速下，4#轴承座轴向振动位移从底部到顶部线性增大(表3)。

表3 3 000r/min时4#轴承座轴向振动位移 μm

3.故障分析与对策

(1)2#轴承座承受热应力变形

2#轴承与3#轴承并列在机组中部，汽轮机转子与发电机转子采用刚性连接，2#轴承座与后汽缸为钢板焊接的一体结构，刚度较低。汽轮机的膨胀死点位于2#轴承座，缸胀时的轴向推力与地脚螺栓形成力矩，因此机组升温过程缸胀程度不均，使轴承座发生偏移或倾斜，影响轴承座标高与轴瓦的载荷。现场机座打表监测显示汽轮机北侧膨胀快于南侧，缸体受摩擦阻力向北偏。

汽轮机抽真空后会降低排汽温度，使排汽管道热胀量缩小，管道回缩会对汽缸产生反作用力。凝汽器真空度下降到-90kPa时，低压缸的排汽温度降到68℃。现场测量，2#轴承座底部下降0.15mm，2#轴承的轴振动从137μm升高到180μm。

由于2#轴承结构为椭圆瓦，没有自定位能力，这样机组的膨胀与对中精度的变化使汽轮机与发电机两转子同心度与平直度发生变化。从图2上看2#轴承轴心轨迹较扁，在频谱上2#轴承的壳体振动频谱主要增高的频率成份为2倍频分量，故障特征与现场转子对中不良实际相吻合，故机组对中不良是使2#轴承转子振动值升高的一个原因。对策是将发电机转子的轴承中心降低0.15mm。

(2)发电机轴承座振动

发电机4#轴承振动工频很小，转子自身的不平衡量对振动影响不大。分析发电机4#轴承轴向振动，从机组开始升速，发电机轴承座的轴向振动频谱中出现100Hz频率响应。转速接近3 000r/min时，4#轴承的轴向振动迅速增高达到20mm/s，远大于径向振动。振动值增高主要是100Hz分量频率成份的增大。

在升速过程中轴承座的轴向振动2倍频分量不明显，施加励磁电流前后轴向振动无明显变化，且发电机使用静止励磁装置，可以排除轴向不平衡电磁力引起轴向振动的可能。

该机组为新安装机组，基础施工质量达标，可以排除轴承座垫铁滑移、垫片不平，轴承座连接螺栓松动、轴承座底座与基础台板接触不均匀等不良情况。现场检查轴承座下基础二次灌浆层良好无松裂，可以排除上述情况引起轴承座支撑刚度不对称的可能性。

综上所述，导致发电机轴承座轴向振动的可能原因是发电机轴承座在轴向存在100Hz的自振频率。并且轴承座为钢板焊接结构，刚度较小，使轴承座在3 000r/min转速时轴向振动很大。

考虑到引起机组跳车的原因是汽轮机转子径向振动值过高，发电机轴承座振动值升高主要发生在轴向而不是径向，属于轴承座自身振动特性。所以通过增强结构、加大质量途径改变轴承座的自振频率是可行有效的方法。

在机组轴振动全部达标后，机组运行平稳同时发电机轴承座轴向振动大仍然不变，说明发电机轴承座轴向振动不是机组跳车的主要原因。

(3)球面瓦轴承卡涩

发电机球面瓦设计要求为球径方向间隙为0.00~0.04mm，以保证球面轴承的自定位功能保持轴承的承力中心稳定。但是安装时在球面施加了过大的紧力，使轴瓦发生卡涩而失去了自定位功能，不能适应转子弯曲的变化，从而将轴向力传递给轴承座。采用对应措施是将球面紧力去除，使球面径向间隙达到0.00mm。实施后发电机轴承座轴向振动保持原值无明显变化，排除了球面瓦轴承卡涩故障。

(4)转子运行稳定性差

在开机冲转过程中，汽轮机转子运行稳定性较差，2#轴承的轴振动超过130μm后振动棒值在高位波动。2#轴承结构为二层圆柱面结构的椭圆瓦轴承，尺寸为瓦径325mm、瓦长260mm。现场实测轴瓦顶隙0.47mm、侧隙0.8mm。对应2#轴承的轴振动值X向最大的情况，采用在对应部位南边的瓦枕下加0.05mm垫片，起到了增加稳定性的作用，使2#轴承的振动棒值最高达到130μm后保持稳定、不再升高。

4.结语

分析振动产生的原因后，采用对应措施后，收到良好效果。机组暖机升速过程中，过临界十分平稳，转速到3 000r/min后，2#轴承的振动棒值稳定在130μm，机组在振动值高位上维持稳定。随着汽轮机缸体充分膨胀均匀后，工况转向良好，轴系转子振动全部达到设计要求，发电机各项电气试验逐一完成，机组并网发电。

[1]施维新.汽轮发电机组振动及事故[M].北京：中国电力出版社，1998.