摘　要：针对某型号125MW汽轮发电机组大修后定速时和满负荷时出现振动故障的问题，进行数据分析和诊断，正确判断出机组振动偏大的原因是轴座动刚度偏低。为此，提出具体的处理方案，在短时间内消除了振动故障，机组正常并网发电。
　　关键词：汽轮发电机组；轴座；振动；水平刚度
　　某发电厂1号机组为上海汽轮机厂早期生产的125MW汽轮机配套上海电机厂出产的汽轮发电机，于1978年投产。整个轴系共有7个轴承，其中汽轮机转子为三支撑结构，发电机、励磁机转子各两个轴承，所有轴承均为落地式椭圆轴承。该机组大修结束后，电厂进行冲转，但在起动过程中定速3000r/min时，励磁机转子的两个支持轴承的水平振动不断爬升，Z大达到73μm。在带负荷过程中，再次出现了励磁机前后轴承水平振动大幅度爬升的现象，Z大振动达100μm。
　　为彻底查明故障原因，对机组升速、并网、加负荷、变负荷等工况下的振动作了全面监测，对有关问题进行了分析。分析认为，引起励磁机前后轴承水平振动过大的主要原因是轴承座与台板整体接触不良，导致水平刚度大幅度降低，从而导致振动偏大。由于现场不存在充足的时间来对整体接触情况进行处理，在仔细分析了轴向刚度不足的原因后，根据现场情况，进行了励磁机转子的高速动平衡试验，使振动全部降至30μm以下。诊断励磁机转子水平振动带负荷后偏大的根本原因也是水平刚度不足，但诱发原因则在于当负荷变化较大时，励磁机转子又产生了新的不平衡量。由于这种新的不平衡力的产生存在一定的随机性，因而不适合采取高速动平衡方法，Z终通过限制运行参数来暂时消除故障。长久而言，仍然要对励磁机的水平刚度进行处理，提高其抗干扰能力。
　　1　定速时的振动问题
　　在该机组的原设计中，1～3号瓦设置了涡流探头测量轴颈处的相对轴振动，并在1～7号瓦设置了速度探头测量轴承振动，利用计算机对振动进行实时显示。根据机组的振动情况，重点对6～7号瓦的轴承振动信号进行监测，包括垂直与水平方向的振动。振动信号由Bently 9200型速度探头拾取，并接入Bently 208DAIU型数据采集装置进行数据采集和分析。
　　励磁机水平方向振动随转速变化的Bode曲线见图1和图2。其中，6号、7号瓦垂直和水平方向的振动数值见表1。

　　由图1和图2可以看到，在转速超过2500r/min后，水平振动急剧爬升，在3000r/min时达到一个高点，但相位的变化相对平稳。
　　2　水平动刚度偏低的诊断与处理
　　2.1 振动诊断
　　从表1中的数据可知：无论6号、7号瓦发生垂直方向的振动还是水平方向的振动，其相位都是同相的。对励磁机地脚螺栓顶部及基础进行外特性测试分析后，认为引起励磁机前后轴承水平振动过大的主要原因是轴承座与台板整体接触不良，导致水平刚度大幅度降低，从而导致振动偏大。
　　从另外一个角度来看，表1中的数据还表明水平振动的主要成分还是一倍频，说明振动是一种强迫振动。由于励磁机的垂直振动并不大，说明励磁机转子上残余的不平衡力很小。同样的不平衡力水平导致的垂直方向的振动不大，而导致水平方向的振动却很大，只能说明轴承座的水平刚度偏低。
　　从外特性的测试看，刚度偏低的原因是整体接触不良，因而还不能通过直接处理地脚螺栓的预紧力来改善接触情况。
　　2.2 处理方法
　　现场对加固水平刚度的手段较少，因而，能够降低水平振动的方法实际只有一种，那就是采用高速动平衡手段来大大降低励磁机转子上残余的不平衡激振力。
　　经计算，在励磁机转子两端加重块，重块质量和方位分别为100g，170°。加重后带满负荷时，各瓦振动见表2。由表2可见，经加重后，6号、7号瓦的水平振动大幅降低，可以满足机组安全运行的需要。

　　3　变负荷时振动变化情况分析
　　运行一段时间后，据运行人员反映，如果在加减负荷过程当中，负荷的变动比较剧烈的话，或由于其它原因，使得负荷的波动比较大，会导致6号、7号瓦水平振动急剧爬升，爬升Z大值超过100μm。
　　运行人员采用调整转子进水温度的方法来控制振动，一开始有一定成效，但逐步效果不太明显，只能在振动剧烈时转到备用励磁运行，退出主励磁，但在退出主励磁后，6号、7号瓦水平振动又会缓慢下降，一直降低到爬升前的数值。而当投入主励磁后，振动可维持一段时间稳定。表3是备用励磁和主励磁运行调整过程中的振动值。

　　4　诊断试验与处理方案
　　4.1 试验步骤和方法
　　根据对振动特征的判断，对励磁机转子水平振动在变负荷后出现爬升的基本原因也是水平刚度不足，但诱发原因则在于当负荷变化较大时励磁机转子又产生了新的不平衡量所导致的。这种新的不平衡量是由于碳刷与转子接触过程中接触紧力不一致产生的热量不同而导致的。为此，测试了机组在变负荷和改变励磁方式过程中的振动隋况。即改变转子运行方式为由备用励磁运行到由主励磁运行，然后调整负荷，通过负荷变化观察振动变化情况。试验时间和步骤见表4。

　　在负荷变化过程中，发现6号、7号瓦振动也在缓慢爬升。试验过程中，振动趋势曲线见图3和图4所示。

　　从图3和图4 可知：当振动爬升到一个Z高点后，则稳定下来，随着工况稳定，振动有时能缓慢下降，但恢复不了原来的数值。这表明在变负荷过程中，由于扭转力矩的变化，碳刷和励磁机转子之间的摩擦力发生变化，当这种变化不均匀导致转子径向存在温度差别时，会使转子产生轻微热弯曲。由于6号、7号瓦本身的水平刚度就偏弱，因而轻微的不平衡力的变化就使振动产生较大变化。
　　至于每次振动变化的情况都不一样，则与以下因素有关系：
　　a）每次加减负荷的情况，如负荷加减的速率等；
　　b）加减负荷时振动的基准情况，振动大，则诱发速度快；
　　c）其它因素影响，如转子冷却水等。
　　4.2 处理方案
　　由于这种新的不平衡力的产生存在一定的随机性，因而不适合采取高速动平衡的试验方法来进行消除。在实际运行中可采取以下方式来控制振动：
　　a）在变负荷时尽量维持比较小的速率，避免给转子以较大的冲击；
　　b）加强对振动的监视，在负荷变化过程当中，如果振动爬升速度较快，则适当地减小变化速率，甚至可以稳定一段时间观察振动稳定至有下降趋势时再行改变负荷；
　　c）振动爬升超过一定幅值后，可以先转备用励磁运行，待振动下降到正常范围后，再转回主励磁运行。
　　5　结论
　　a）引起励磁机前后轴承水平振动过大的主要原因是轴承座与台板整体接触不良，导致水平刚度大幅度降低，从而导致振动偏大；
　　b）轴承座与台板整体接触不良，导致水平刚度大幅度降低能够降低水平振动的方法实际只有一种了，那就是采用高速动平衡手段来降低励磁机转子上残余的不平衡激振力；
　　c）励磁机转子水平振动带负荷后偏大的故障原因也是水平刚度不足，但诱发原因则在于当负荷变化较大时励磁机转子又产生了新的不平衡量所导致的；
　　d）对投产时间较长的机组，由于运行时间长，会导致基础刚度有所下降，因而在检修中应注意对整体刚度的检查，应比一般机组更重视检修中质量的控制，可适当将检修标准控制严格一些。
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