西门子1000MW机组励磁机轴承振动分析及控制措施

张启宽

摘 要：介绍了1000MW发电机组励磁机结构特点工作原理，对1000MW发电机组励磁机轴承振动原因进行了分析，以及对励磁机安装阶段实施的措施和方法，并取得优良指标。

关键词：励磁机；轴承振动不平衡量；平行度小轴摆度试验

西门子1000MW发电机是由上海发电机厂制造的THDF 125/67型发电机，额定容量1000MW，尾部为单轴承支撑励磁机，在已经安装投运的华能玉环、国华宁海二期、包括正在同期投产的台山6号机组等项目，励磁机轴承（8号瓦）普遍存在不同程度的振动偏大问题，在有些情况下还造成发电机的7瓦振动偏大，给机组安全稳定运行带来了一定影响。下面主要就介绍一下台山发电厂二期（首两台1000MW级机组）扩建工程2×1000MW超超临界燃煤机组，7号发电机的励磁机在安装阶段为控制减小励磁机轴承振动制定的施工措施和实施情况，以及实际效果。

1 1000MW发电机组励磁机结构特点工作原理

国华台山发电厂二期（首两台1000MW级机组）其发电机为上海汽轮发电机有限公司制造的THDF 125/67水氢氢发电机，发电机主要由定子、转子、端盖及轴承、氢气冷却器、密封瓦装置、座板、励磁机、隔音罩等部件组成；发电机冷却为水氢氢。即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯及其它构件氢冷。氢气由装在转子汽端的多级轴流式风扇强制循环，并通过设置在定子机座汽端两侧垂直布置的氢气冷却器进行冷却。励磁方式为：无刷励磁。励磁机主要由主励磁机、副励磁机（永磁机）、整流器、励磁机转子、励磁机轴承（8号瓦）等组成。

2 1000MW发电机组励磁机轴承振动原因分析

上海电气1000MW机组励磁机轴承为励磁机的唯一轴承，其结构型式是5个瓦块组成的可倾瓦，可倾瓦瓦块在支持点上可以自由倾斜，在油层的动压力作用下，每个瓦块可以单独自由的调整位置，以适应转速、轴承负载等动态条件的变化。这种轴承每一瓦块的油膜作用力都通过轴颈中心，因此它没有可引起轴心滑动的分力。所以这种轴承具有较高的油膜稳定性和抗振荡能力，能有效的避免油膜自激振荡及间隙振荡，摩擦损失也较少。

发电机转子挠曲对于励磁机转子产生的不平衡量，直接表现为励磁机小轴的摆振，将直接考验励磁机轴承以及轴承座的刚度，轴承座刚度不够，对于振摆不能产生足够的抑制作用，轴承振动会逐步升高。

励/发三支承轴系的设计模式，在振动特性上对于励磁机转子的不平衡量非常敏感，励磁机转子原始不平衡量以及由于安装问题后来出现的不平衡量，对发电机转子影响较大，经过发电机转子转子放大后使励磁机转子产生新的不平衡量，随机组运转时间的增加，不平衡量逐漸叠加，励磁机轴承振动逐渐增加。

由于励电靠背轮的联接刚度存在问题，转子轴向紧力不足，使转子在运行中轴头晃度增大产生新的不平衡量，也会使励磁机轴承振动增加；

3 1000MW机组励磁机安装阶段实施措施和方法

3.1 安装前对联轴器的检查

通过以下检查方法可以减少励磁机转子的原始不平衡量；

（1）检查联轴器平面的瓢偏度，应≤0.01mm；平面瓢偏度超标，可采用现场研刮的方法处理，如超标严重，必须返厂处理合格后方可安装；

（2）检查联轴器联接剪切套筒与联轴器销孔的配和间隙；应比较轻松的推入，但径向间隙应不大于0.02mm；

（3）联轴器配和止口的耦合尺寸检查；径向应留有间隙，以不大于0.05mm为标准；

（4）对联轴器螺栓进行逐条称重编号，重量偏差应不大于3g；

（5）对联轴器螺栓进行材质校核以及硬度测量，符合金检标准。

3.2 励磁机轴承安装调整工艺

通过以下检查可以减少从轴瓦方面产生的影响振动的因素，主要方向为增加轴瓦刚度以及增加对轴承摆振的控制力；

（1）检查瓦块与轴颈接触良好；

（2）检查轴瓦垫块与轴承外壳接触良好，接触均匀，接触点在70%以上；

（3）对轴瓦顶部间隙测量：通过在轴颈顶部沿轴线方向放置铅丝，将上瓦吊装到下瓦上，紧固轴瓦接合面螺栓，直至轴瓦中分面无间隙，揭开上瓦，测量铅丝的厚度即是轴瓦的顶隙。

（4）轴瓦与瓦套紧力测量：通过在轴承座结合面加标准垫片，在轴瓦上瓦垫铁上放置铅丝，紧固轴承座结合面螺栓，通过铅丝压缩量来判断轴瓦与瓦套紧力值；

3.3 励磁机转子与轴瓦、台板平行度检查调整

励磁机转子平行度的测量调整，是励/发对轮中心调整的基准；由于安装工艺的因素，一般励磁机轴承座与励磁机台板垂直度都存在一定的偏差，并且，在机组运行过程中，励磁机台板的变形量逐渐增加，测量调整转子与台板平行度误差较大；因此在调整平行度时应从励磁机转子与台板平行度、与励磁机轴承座平行度（转子与轴承瓦块平行）以及励磁机轴承座油档洼窝中心三方面综合考虑。

（1）用测量励磁机转子轴颈扬度、励磁机扬度的方法检查励磁机转子与台板的上下平行度，标准为不大于0.05mm；

（2）与此同时，在轴颈上架设百分表座，表杆压在轴承座端部挡油盖装配面上，以检查转子对轴承座的垂直度，垂直度误差不大于0.10mm；

（3）通过测量励磁机转子轴颈对于轴承座前后油档洼窝左右数值，来检查励磁机转子与轴瓦左右平行度，标准为不大于0.05mm；

（4）通过测量励磁机转子轴颈对于轴承座前后油档洼窝上下数值，来检查励磁机转子与轴瓦上下平行度，标准为不大于0.05mm；

（5）平行度、垂直度测量数值如有偏差，可通过调整励磁机转子临时支承瓦架底部垫片、左右位置来实现；调整合格后装配好定位销，紧固地脚螺栓。

3.4 励/发对轮中心找正

励/发对轮中心，对于励磁机轴承负荷、振动以及瓦温等方面影响很大；通过以下安装工艺以实现增加励磁机轴承负荷、减少轴系原始不平衡量；

（1）通过水平仪测量励磁机尾部轴承座的标高，调整底板下部的调整螺栓使之满足轴系找中图的标高要求。使用刀口尺和塞尺对发电机-励磁机联轴器的轴向和径向进行初步找中。

（2）随后进行励磁机底板二次灌浆，待灌浆养护期过后，用100KN拧紧地脚螺栓（M42），保证螺栓伸长量满足图纸要求；

（3）将百分表座装在励磁机联轴器上，表杆顶压在发电机联轴器外圆上；单盘励磁机转子，初找中心；端面张口用内径千分尺测量；测量过程应做好防止励磁机转子轴向串动措施；

（4）中心位置调整通过加减励磁机轴瓦支座底部的垫片，以及支座左右移位来实现；

（5）机组系统具备条件，可以投運盘车时，可以进行励/发对轮中心最终校核；励/发联轴器按照安装标记对好，盘动发电机转子，相应地盘动励磁机转子，在保证励/发联轴器安装标记对正的情况下，在90°、180°、270°、360°，读出端面、圆周值；注意：发电机转子励端轴承在盘动转子时，需要投运顶轴油运行，在测量数据，调整位置时，应将转子顶起高度计算在内；

（6）励/发对轮中心标准调整：为增加励磁机轴承的负载，可在原先的基础上适当增加励磁机轴承的标高，可通过适当调整励发对轮中心数值的方法予以实现，新标准：下张口：0.12-0.18mm（即下张口0.15mm左右），圆周中心偏差：±0.03 mm；

3.5 励/发对轮同心度测量调整

调整同心度以减少轴系连接不平衡量：

（1）励/发对轮中心复查合格后，将励磁机转子对准安装标准位置顶向发电机转子，使两联轴器靠背轮间隙约为10mm为至，用工具将剪切套筒推入发电机联轴器销孔，在联轴器螺栓上先套入制动套筒，先用300N.m力矩拧紧螺栓；

（2）在励/发转子靠背轮外圆上各架一只百分表，将外圆周8等份；启动盘车盘动转子，测量同心度；

（3）〔表读数（A-B）〕与圆周对角〔表读数（A-B）〕的最大差值为励/发对轮同心度，标准不大于0.02mm；如存在偏差，需重新调整；

3.6 励磁机转子轴头摆动的检查调整

励磁机转子轴头摆动的调整对于减少励磁机转子不平衡量非常重要，直接影响到励磁机轴承的振动；并且励/发对轮螺栓的连接，直接影响到励发对轮的连接刚度，通过以下安装工艺以减少由于安装而产生的不平衡量。

（1）在永磁机转子与定子之间，放入一圈或几圈的不锈钢皮或铝皮，以起到隔磁作用，防止转子受磁力影响而摆动，使摇摆值测量不准确。

（2）测量摆度具备的条件：励/发对轮同心度测量调整完闭，联轴器螺栓紧力300N.m；励磁机轴承标高确定，瓦块与轴颈接触良好。

（3）打开轴承座上盖及上半轴瓦。

（4）在轴承座合缝面上架设测量垂直（y表）、水平（x表）位移用的百分表。

（5）用镶有巴氏合金或铜衬的托环托住转子轴颈，一般可利用行车悬挂手拉葫芦挂住托环或在轴承座上固定一个临时支架挂住托环。悬挂位置的对中性要保证正确。

（6）用千斤顶顶起转子，监视垂直位移百分表吊起约0.35mm，翻出下半轴瓦。然后降下转子至原始位置，查看水平位移百分表读数是否还原，偏差太大有可能是吊钩对中性不好引起的，应仔细纠正。对垂直位移百分表读数要耐心观察一段时间，因为钢丝绳吃重的初阶段有微量伸长，待稳住后，调整手拉葫芦，使垂直位移百分表的读数回到原始位置上并做好记录。

（7）缓慢盘动发电机转子带动励磁机转子转动，读取水平位移百分表的摆动值（一般按联轴器连接螺栓编号读取各摆动值）。至少有二遍重复数据出现，然后增加50-100N.m的力矩，对角地均匀地紧固联轴器螺栓一遍。紧固时先从需找正的一组螺栓开始调整。

（8）重复以上的步骤，直到螺栓力矩达到750N.m左右。螺栓紧固时应逐渐增大力矩不宜采用松减力矩的方法来调整摆动度。

（9）摆动标准要求表数最大值减最小值应不大于0.05mm。摆动度值最大点与最小点如在对角方向，此时摆动调整比校容易，但是最大点与最小点一般不在对角方向，此时应全面考虑摆动状态，耐心细致的进行调正。（注意：如果励磁机转子摆度实在无法达到≤0.05mm，则摆度控制在≤0.35mm范围）。

（10）摆动度调整合格后慢速盘车至少半小时或在慢速盘车情况下摆动度不随时间而改变已进入稳定状态为止，复测摆动度作为最终结果。

（11）摆动度达到要求后，就可以翻入下半轴承，应在适当部位上装百分表监测转子水平方向的位移情况，翻入后转子轴颈附近水平方向位移应不大于0.05mm。

3.7 安装励磁机轴承两侧挡油环

安装挡油环与轴颈间隙为上部0.3-0.53mm，下部005mm，左右0.17-0.29mm。最后励磁机轴承正式完整回装。

4 实施情况及效果

4.1 实施情况

（1）鉴于励磁机轴承振动的特殊性，从甲方、监理、到厂家都非常重视。励磁机安装工作作为发电机安装的重中之重，组成了以工地专责、质检员、班长、作业班组人员为成员的公关创优小组，和甲方专工、厂家沟通，及时处理施工中出现的问题。

（2）安装工作阶段，严格按照1000MW机组发电机励磁机轴承振动减小编制的措施执行，使作业人员做到了事先心中有数。

（3）加强了质量监督和过程控制。每道工序均明确责任人和各级验收人，使每项作业均能够严格按照技术措施和规范的要求进行，且所有验收项目均按优良标准进行验收。

（4）强化了施工工艺，在施工工艺上追求精益求精。

（5）在进行励磁机做轴头摆度试验调整时，吸取了6号机组的经验，按西门子要求摆度在0.65mm以下，但根据现场经验，有利于振动高标准，控制摆度越小越好。（1）、励-发对轮下张口控制在0.12～0.18mm，尽量取大值；摆度（大-小）控制≤0.25 mm，数值以两次测量值相同为准。励-发对轮螺栓力矩允许最大为800NM。解列励-发对轮螺栓并重新调整摆度时，联接励-发对轮螺栓时，先按300NM力矩对角对称联接，然后盘车，根据偏差相位逐步加力矩，每次50NM-100NM，到一定力矩（750NM）再根据情况加力矩。各力矩值尽量一致，差值不大于10%。在励磁机轴颈的x、y方向上架表，利用托环抬高转子将轴瓦翻出，再将转子下降至原位。察看水平位移表计读数是否还原，偏差太大有可能是吊钩对中性不好引起的，应仔细纠正。对垂直位移表计要耐心观察一段时间，因为钢丝绳吃重的初阶段有微量伸长，待稳住后，调整垂直位移至原始位置。摆度值最大点与最小之点如在对角方向，此时摆度调正比较容易。但最大点与最小点一般不在对角方向，此时应全面考虑摆度状态，耐心细致地进行调正。摆度合格后慢速盘车至少半小时，其不随时间而变化已进入稳定状态为止，然后复测摆度作为正式记录。最后小轴摆度水平（x表）摆度（大-小）036 mm，垂直方向（y表）摆度（大-小）0.12mm，使小轴摆度调整到了最好状态。

4.2 实际效果

7号机组在168小时运行阶段，机组运行稳定，各项指标达标，机组振动指标优良，其中励磁机轴瓦（8瓦）振动0.046mm，达到了优良标准，得到甲方专工和监理对我们安装水平的认可，为公司争得了荣誉。

5 小结

超超临界1000MW机组汽轮发电机励磁机轴承振动问题，是投运同类型机组中比较共性的问题，通过对此问题的分析以及应对措施的落实，在台电二期工程7号机组得到有效的解决，也为今后的工作积累了经验。

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