汽轮发电机轴承振动超标原因分析及解决措施

余占江，张 雷，杨建桥，赵新磊

(平顶山姚孟发电有限责任公司，河南 平顶山 467031)

0 引言

汽轮发电机是汽轮发电机组的重要设备之一，对汽轮发电机组的安全稳定运行有着重要影响。发电机振动状态是评价机组能否持续可靠运行的重要指标。如果在运行过程中，发电机轴承振动超过允许值，将会造成发电机密封瓦、轴承、轴颈、油档等设备磨损，导致发电机定子膛内进油、发电机补氢量增大等不良后果，严重影响机组的安全运行。因此，在汽轮发电机组运行的过程中，发电机的轴承振动值要保持在运行标准范围内，避免发电机出现异常。

水-氢-氢型发电机采用端盖式轴承，发电机在运行过程中振动的原因有2个方面：一方面是发电机定子在运行时承受铁芯传来的电磁振动;另一方面是承受转子不平衡产生的机械振动。另外，如果发电机座底脚承载状态不理想，也会使发电机在运行时产生较大的振动。

因此，在汽轮发电机组运行时，要保证发电机定子负荷分配在标准范围内。

1 机组概况

某600 MW汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司与三菱公司联合设计的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽凝汽式汽轮机，其型号为CLN600-24.2/566/566;发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-600-2YHG型三相交流隐极式同步汽轮发电机。

汽轮发电机组共8个轴承，如图1所示。其中1，2号轴承为高中压转子支撑轴承，3，4号轴承为低压I低压转子支撑轴承，5，6号轴承为低压II低压转子支撑轴承，7，8号轴承为发电机转子支撑轴承。发电机的2个轴承采用端盖式轴承，即端盖上设有轴承座，由端盖支撑轴承载荷。该轴承采用下半2块可倾式轴瓦，能自调心，稳定性强，抗油膜扰动能力强。

该机组于2007年投产，自2014年12月以来发现发电机7，8号轴承振动较大。在机组运行过程中，随机选取发电机在不同负荷下7，8号轴承的振动值作为代表，具体振动值如表1所示。

图1 汽轮发电机组轴系示意

表1 6号发电机轴承振动值

电力行业标准DL/T 5210.3—2009对转动机械轴承振动情况的相关规定如表2所示。

表2 机械轴承振动标准

结合上述振动标准可以看出，6号发电机运行过程中轴承振动值不在运行标准范围内。

2 发电机轴承振动的原因分析

在汽轮发电机组运行过程中，造成发电机轴承振动的因素很多。

(1) 发电机氢气压力低，发电机内部氢气量不足，不能对发电机的定子铁芯和转子起到充分的冷却作用，造成发电机转子铁芯过热而发生热弯曲，导致发电机轴承振动过大。

(2) 发电机氢气冷却器冷却效果差，发电机内部氢气温度增高，不能充分冷却发电机定子铁芯和转子，造成发电机转子铁芯热弯曲，导致发电机轴承振动大。

(3) 汽轮发电机组转子质量不平衡，转子在高速旋转过程中产生过大的离心力，对轴承产生的激振力引起轴承振动。

(4) 机组轴系中心差引起机组轴振大，从而造成发电机轴承振动大。

(5) 机组负荷变化使发电机转子产生了热变形，引起转子热态不平衡，造成发电机轴承振动大。

(6) 汽机房室温不稳定，引发发电机膨胀不均，最终导致发电机轴承振动大等。

以下结合本机组的实际运行情况，分析造成发电机轴承振动大的具体原因。

2.1 汽轮发电机组轴系中心差

当6号机组停运后，在全实缸状态下对6号发电机组轴系中心数据进行测量，具体测量结果如表3所示。

表3 汽轮发电机组轴系中心数据

虽然机组轴系中心数据中存在个别数据超标的情况，但机组运行数据显示：机组运行过程中发电机轴振7X，8X，7Y，8Y在54—108 µm内的变化，轴振是在合格范围内(大型汽轮发电机组轴振合格值小于125 µm)。另外，发电机7，8号轴承下半采用2块可倾式轴瓦，能自调心，稳定性强，抗油膜扰动能力强，因此不存在机组轴系中心对发电机7，8号轴承的振动影响情况。

2.2 滑销系统间隙异常

滑销系统为汽轮发电机组运行过程中的均匀膨胀提供保障。发电机的滑销系统由2个纵销和2个横销构成，分别控制发电机横向和纵向膨胀。因发电机横向膨胀较小、轴向膨胀较大，机组运行后发电机纵销两侧间隙会发生变化，影响发电机轴向膨胀。如果机组在运行中滑销系统工作异常，不能使发电机均匀膨胀，导致发电机内部间隙及设备载荷分配不能满足机组运行要求，机组在运行中将会出现异常振动。为了避免由于滑销系统工作异常导致发电机轴承振动超标，对发电机的滑销系统的配合间隙进行了检查，结果如表4所示。

从表4数据可以看出，发电机滑销系统配合间隙在标准范围内(制造厂对滑销系统配合间隙要求为：0.04—0.08 mm)，因此可排除滑销系统间隙异常引起发电机轴承振动这一原因。

表4 发电机滑销系统配合间隙 mm

2.3 发电机定子载荷分配不均

机组在运行过程中，其发电机定子振动值通常应在 10 µm 内。

对发电机定子振动情况进行测量，发现发电机定子的振动值较大(如图2，3所示)，这是由于发电机定子载荷分配不均匀造成的。由此确定，发电机定子载荷分配不均是导致机组运行中轴承振动超标的原因。

图2 发电机底座垂直方向振动(左侧)

图3 发电机底座垂直方向振动(右侧)

3 解决方案

所谓载荷分配，是指按制造厂提供的数据将发电机重量合理地分配到承力面上。在发电机安装、检修过程中，应检查发电机、轴承座、台板等结合面的间隙、接触是否均匀。但是，即便接触均匀也不能说明发电机定子的载荷分配合理均匀，应按照制造厂设计要求对发电机承力面载荷分配情况进行检查和调整。

对汽轮发电机组承力面载荷分配检查和测量的主要方法有：测力计法、猫爪垂弧法和抬差法。测力计法最为准确，测量结果也更直观，但测量工作过程较为复杂。抬差法与猫爪垂弧法原理相同，过程相似。目前，施工中较为普及的是猫爪垂弧法，其测量过程简单、操作也较为容易；但由于发电机定子面积较大，在发电机载荷分配试验中测量结果不准确。

3.1 测量发电机定子载荷

根据实际情况和制造厂设计，选用抬差法，分别对发电机励端、汽端的载荷进行分配，分配方法如下。

(1) 将发电机滑销全部取出，排除发电机外部影响。

(2) 在发电机机座四角结合面各安装1块0—10 mm百分表，并加1.0 mm不锈钢临时测量垫片(尺寸：300 mm×300 mm)，将百分表调整至中间刻度5.0 mm。开展汽端定子载荷分配试验时，应先紧固励端螺栓，松开汽端地脚螺栓：将发电机汽端右侧顶起1.5 mm，取出该侧临时测量垫片，同时记录左侧百分表读数Ha；恢复右侧临时测量垫片，百分表读数恢复定值(5.0 mm)。在试验中，用200 t的液压千斤顶顶升，完成垫片的添加、撤出。

(3) 将发电机汽端左侧顶起1.5 mm，取出该侧临时测量垫片，同时记录右侧百分表读数Hb；恢复左侧临时测量垫片，百分表读数恢复定值(5.0 mm)。

(4) 两侧抬升值偏差应符合制造厂及国家规范，满足要求|Ha-Hb|≤0.10 mm。

(5) 励端的载荷分配的测量方法与汽端负荷分配的测量方法相同。

(6) 按照上述步骤，对发电机载荷的实际分配情况进行测量，并对试验结果进行记录。

按照上述方法，分别对发电机励端、汽端负荷进行测量，结果如表5所示。

表5 发电机调整前载荷分配情况 mm

对发电机载荷分配的3次测量结果进行计算，如表6所示。

从表6可知，励端3次测量结果均不符合|Ha-Hb|≤0.10 mm的要求，励端右侧偏轻。为了使发电机定子载荷分配满足要求，应对发电机的励端载荷进行调整、重新分配。

表6 发电机调整前|Ha-Hb|计算情况 mm

3.2 载荷分配调整

载荷分配的偏差通过加减发电机定子与台板之间支撑垫片的厚度来调整，使之最终满足标准要求。加减垫片厚度时，应遵循同端左右两侧垫片“一侧减，一侧加”的等量调整原则。

如需单侧调整应综合考虑发电机转子的中心位置，应保证其相对中心位置和端盖横向水平在设计要求范围内。

经过对发电机定子载荷分配多次调整，最终在励端右侧增加0.15 mm垫片，并对发电机的载荷分配进行最终测量，测量数据如表7所示。

表7 发电机调整后载荷分配情况 mm

对发电机载荷分配调整后的3次测量结果进行计算，如表8所示。

表8 发电机调整后|Ha-Hb|计算情况 mm

从表8可以看出，调整后的励端和汽端3次测量结果均符合|Ha-Hb|≤0.10 mm的要求，表明发电机定子载荷分配已满足要求，并在机组运行后对发电机轴承振动进行测量，予以验证。

3.3 效果验证

通过对6号发电机载荷重新分配调整，消除了发电机定子载荷分配不满足设计要求的情况。在6号机组运行后，根据运行数据查到发电机在不同的负荷下7，8号轴承振动值如表9所示。

表9 发电机定子载荷分配调整后7，8号轴承振动值

从以上结果可以看出，发电机轴承振动值与发电机定子载荷调整前的振动数值比较，载荷分配调整后发电机7，8号轴承的振动明显减小，而且发电机轴承振动值在良好范围内。

4 结束语

600 MW汽轮发电机组在运行过程中出现了发电机7，8号轴承振动超标问题，通过发电机定子载荷分配试验，分析试验数据得出发电机励端右侧载荷分配偏轻。经过测量、调整，最终在发电机励端右侧增加0.15 mm垫片后，测得发电机定子载荷分配满足要求。当机组投入运行后，机组负荷在600 MW时，发电机7号轴承振动值为21 µm，8号振动值为25 µm，发电机轴承振动处于良好范围，保证了机组的安全稳定运行。同时，为了保证机组长周期安全稳定运行，建议在发电机定子振动异常的情况下，在端盖式发电机A级检修时，调整转子中心并开展发电机定子载荷分配试验。