工业发电机热态振动问题分析研究与解决方案

曹艳纯

摘要：对于高速工业发电机来说，保证电机良好的振动状态，成为考核电机质量的重要指标。同时，该项工作也是工业发电机生产制造的关键技术所在。围绕发电机的振动故障的解决和振动状态的优化，电机生产科技人员们一直在为之不断奋斗着。在此过程中，工业发电机热态振动问题是一个难题。因为它是个电机振动状态随电机温度变化而变化的振动问题。为了解决这一难题，我们从各类工业发电机的热态振动状态的实际分析入手，分析热态振动产生的机理，从而在在质量控制、工艺执行和改进及设计结构优化方面提出建议及有效的解决方案。

关键词：工业发电机;热态振动;故障分析;频谱分析;动态稳定;热膨胀

一、2极汽轮发电机热态振动监测及分析

1.1  2极汽轮发电机热态振动监测实例

对QF-2、QF12-2、QF15-2三个2极汽轮发电机转子高速平衡状态下及整机状态下的振动数据及相关情况进行分析。相关情况说明：整机由于为分体式结构，试验地板和紧固条件所限，不对振动值进行严格考核，以高速平衡状态下振动值为准。

相关情况说明：2极汽轮发电机转子高速动平衡试验是利用产品轴承座将转子进行支撑，然后用拖动电机（YKS630-2 2000KW电机）通过万向节进行拖动，使用振动检测分析仪，用现场动平衡校正法进行校正。同时进行3600r/min的超速试验。整机由于为分体式结构，试验地板和紧固条件所限，不对振动值进行严格考核，以高速平衡状态下振动值为准。

1.2  2极汽轮发电机热态振动数据分析

通过对多台2极汽轮发电机在热态下的振动检测，得出如下分析结果：1、在高速动平衡校验状态下，将轴承温度从冷态转稳定，从轴承座上（水平和垂直方向），总体来说1倍频幅值基本不变，2倍频幅值上升幅度约为10%，轴振基本没有变化。2、在整机状态下，将轴承温度从冷态转稳定，从轴承座上（水平和垂直方向），总体来说1倍频幅值有所增加，增加量约为5%，2倍频幅值增加量与高速动平衡状态下基本相同（状态与高速动平衡状态下相同）约为10%，轴振增加幅度与1倍频增加量相同，约为5%。

1.3  2极汽轮发电机热态振动机理分析

从2极汽轮机上述两种热态下的振动数据的基本分析结果，结合实际经验综合分析，我们分析其机理为：1、校高速状态下，轴瓦温度上升，轴瓦与轴的配合及轴瓦与瓦座的配合面有所变化，导致2倍频幅值增加;2、整机状态下，转子温度有所上升，约为60度左右，转子线圈在热态下，膨胀、位移，导致转子局部质量分布状态有所改变（尤其是径向的位移），导致转子1倍频激振力增大，从而导致转子振动有所增大。

1.4  2极汽轮发电机热态振动相关建议

基于上述1.3中的机理分析结果，对于2极汽轮发电机在改善其热态振动方面，有如下建议：

1> 无论是在高速动平衡状态还是在整机状态下，由于滑动轴承温度的升高，2倍频振动幅值都有所增加，证明滑动轴承在温度升高后的状态不稳定，尤其是球面带绝缘层的滑动轴承，由于绝缘层在受热后更容易以在制造过程中，对于滑动轴承的制造要提出更高地要求，要求滑动轴承进一步具备热态下的结构状态稳定能力，尤其对于球面绝缘的热态下的机械性能的稳定性需要进一步提高;

2> 2极汽轮发电机转子线圈端部的固定非常重要，在线圈端部的整形、固定、排胶等过程需要严格按照相关工艺要求严格执行。尤其要注意线圈端部外圆的平整度（由于线圈端部外层绝缘我们采取扎无维带烘干的方式，如果线圈外圆平齐度不佳，就会造成凹陷处无维带很厚，而凸出处非常薄，导致热态下，线圈端部膨胀的不均匀，而产生质量在某个截面上的不对称，从而影响和破坏平衡。

二、4极隐极工业发电机热态振动问题系统分析

2.1  4极隐极工业发电机热态振动监测实例

我们对001  TFW9-4，002  TFW6.3-4，003 TFW7.5-4，004 TFW15-4 等电机进行了热态振动检测。

以001为例进行重点阐述：

001转子通过校低、高速动平衡合格，总装试验时，冷态振动相当好，但随定、转子温度升高，振动值随之增大，同时伴随电机异响，转子温度到60度左右，电机振动突然增大，到80度时，振动值达到10mm/s左右。

电机前后轴承档水平、垂直、轴向振动随温度、时间的变化表：

通过专题分析会，我们断定是转子线圈端部未固化良好，于是对端部进行淋JN1148处理。

电机再次试验，热态振动情况依然未见好转。

通过在轴伸及非轴伸端增加涡流传感器，檢测转子振动情况。在定子不同温度下及不同转速下，以及定子温度达到70℃时降低转速检测转子振动情况进行统计分析。包括利用涡流传感器，对转子的变形状态进行热态和动态检测。

排除轴在热态下发生弯曲可能，针对线圈在热态下是否存在松动情况项目小组召开专题会议。经讨论，是否浸漆绝缘漆粘度较低以及采用静置烘焙导致绝缘漆附着量不足而参数线圈在内部存在间隙。故而在热态下铜线质软且存在较大离心力导致高速热态下电机振动。

将转子进行重新浸渍TH1168高粘度绝缘漆及经旋转烘焙后，电机复装试验热态振动合格。

2.2  4极隐极工业发电机热态振动数据分析

4极隐极工业发电机以005  TFW9-4 电机热态振动为典型，上述2.1中整个过程简述为：转子冷态振动良好，转子60度，振动突变，随温度上升持续增大。通过转子线圈端部淋漆（JN1148），烘干后，重试，没有改善。我们将重点放到了漆的粘度上，重新压力（非真空）浸1168漆（80S）后，进行旋转烘干，重装，试验热态振动合格。

2.3  4极隐极工业发电机热态振动机理分析

有上述2.2分析，可以得出4极隐极工业发电机热态振动大，尤其是像005 电机这样振动在热态下突变且随温度持续增大的问题根源就是转子线圈的热态稳定问题。

2.4  4极隐极工业发电机热态振动相关建议

1> 在滑动轴承方面，4极隐极工业发电机与2极汽轮机相同，即要求滑动轴承进一步具备热态下的结构状态稳定能力，尤其对于球面绝缘的热态下的机械性能的稳定性需要进一步提高”;

2> 在转子线圈端部的固定方面，4极隐极工业发电机较2极汽轮发电机对线圈端部的要求更高（4极隐极工业发电机同样采取排胶后扎无维带固化后加工的方式）。主要体现在如下几个方面：A、线圈端部的形状控制利用工装，边排胶边压紧，线圈端部的最终形状靠螺栓的拧紧程度保证，必须严格对扇形瓦相对于转子铁芯外圆的位置进行精确测量;对于浸漆方式的转子，线圈端部的整形非常重要。必须严格控制线圈端部外圆的平整度和外圆整体尺寸。

三、针对主要原因，在生产制造质量控制、工艺执行建议方面相关方案内容

通过本课题综合概括分析，列出各类工业发电机热态振动综合分析表：

总结

针对2极汽轮发电机、4极隐极发电机分别进行了大量的热态振动检测分析，并以典型实例进行了“热态振动检测、热态振动数据分析、热态振动机理分析”，并分别提出相关解决和改进建议，列出《各类工业发电机热态振动综合分析表》。能够对现阶段工业发电机在改善和解决热态振动问题方面提供非常有价值的依据。总结的相关实际数据亦可提供给广大技术人员对工业发电机热态振动问题进行更加深入的研究，本课题提出的相关措施与建议希望能够得到设计、工艺、质量等部门的思考和采纳，继而从根本上解决工业发电机热态振动问题，有效控制电机工业运行的实际振动状态，提高电机的运行可靠性。

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