汽轮发电机转子突发性振动问题分析

张健

摘 要：本文分主要对在实际运作过程中的发电机转子出现突发性振动情况的主要因素、振动特征及其诊断手段进行分析，并依据实际例子进行论述。笔者依据多年经验认为，突发性振动出现的原因是在实际运作的时候转子的油膜涡动及其匝间出现短路的情况、线圈发生膨胀等多方面引起的热不平衡现象。关键词：发电机转子；突发性振动；研究通常情况下，引发发电机转子出现振动问题的因素有诸多种，经常看到的有以下几种：第一种是转子质量不平衡；第二种是转子不对中；第三种是共振等。不仅仅如此，也可能由于线圈出现短路、冷却系统发生堵塞的情况等因素也会导致转子热不平衡亦或是油膜震荡而引起振动的情况。前者引发的通常是较为稳定性的振动，但是后者经常会出现突发性亦或是不稳定的振动，这样产生的危害也就会越大些。基于此，本文主要对电机转子发生突发性振动的成因情况及其诊断方法进行论述，并以一台6MW机组油膜半速涡动引起的突发性振动情况作为主要论述对象进行论述，提出合理化建议，供以借鉴。1 发电机转子突发振动原因分析1.1 油膜涡动和油膜振荡不稳定油膜涡动是普通润滑轴承发生次同步不稳定振动动问题的主要原因。油膜涡动是油膜力激发的振动，此时正常运行条件的改变（如倾角和偏心率）引起油楔“推动”转轴在轴承中运动，因而在旋转方向产生的不稳定力使转子发生涡动（或正进动）。如果系统内存在足够大的阻尼，则转轴回到其正常位置，变得稳定；否则，转子将继续涡动，出现较大的不稳定振动。油膜不稳定涡动一般是由于过大的轴承磨损或间隙，不合适的轴承设计，润滑油参数的改变等因素引起的。根据振动频谱很容易识别油膜涡动不稳定，其出现时的振动频率为同步振动频率的40%～48%，接近转速频率的一半，也常称为油膜半速涡动。由于发电机转子的一阶临界转速较汽轮机转子的一阶临界转速要低，故一般发电机转子更容易发生油膜涡动或油膜振荡。早期的国产200MW和300MW机组由于设计的轴承稳定性裕度偏小，致使一些机组的发电机转子在超速和带负荷运行工况曾发生过油膜振荡故障，后采用更换轴承等措施基本解决了这类机组的油膜振荡问题。但近年来实际仍存在一些机组的发电机转子发生突发性的油膜涡动不稳定现象，尤其是一些中小容量机组（100MW以下）。在运行工况下，它易受由于转轴找正而造成的偏差大小、轴承标高的变化（引起轴承负载变化）及供油温度变化的影响。1.2 转子热不平衡转子热不平衡是指转子受热后发生的轴弯曲现象。通常热不平衡产生的振动为基频成分。当振动与励磁电流有关，且振动的变化与电流的改变存在时滞，则可确认发电机转子存在热不平衡。除转子锻件材料的各项异性（不均）外，发电机转子产生热不平衡的其他常见原因有：转子冷却系统不对称、转子受热不均匀、转子线圈热膨胀不均而产生的内摩擦力及动静碰磨。2 一台6MW机组油膜半速涡动引起的突发性振动2.1 机组概况和振动特征该机组主要由某城市的汽轮机生产出来的一款产品，并且是在1995年开始投入使用的。在1996年12月一直到1997年1月的时间中进行调试，并且在具有较大负荷的情况下，3号轴承发生突发性振动的情况。在发电机的参数中显示为5.5MW、3.5MVAD的时候，3号轴承产生的数值从原来的40μm逐渐增加到70μm，并且其他几个轴承振动也发生了较大的变化，但是没有较大的幅值。这个时候相关人员依据振动频谱进行分析，突发性振动主要来源于半频（25Hz），这个时候3号轴承垂直是25μm，占据了通频振动的42%，水平振动半频分量是40μm，占据了通频振动的81%。2.2 振动分析与处理相关人员依据上面振动情况能够对发电机大负荷及其高无功条件下3号轴承产生的油膜半速涡动辨别出来，所以当前决定对轴瓦是否安装恰当进行详细的检查。由于之前没有保存的有关记录，只有把2、3号轴承座的上盖地方开启，采取就地方式进行检测。测量所得到的结果较好的显示出：3号轴承上面间隔的距离为260μm，并且两端侧隙大概在250μm的范围内，轴瓦朝着南侧偏移了大概50μm左右。相关人员将发动机停止大概72h以后，对转子扬度进行认真检测以后可以得知，3号轴承标高要比2号轴承要小出150μm，但是制造厂家往往要求冷却安装的过程中，2号轴承标高应当控制0，并且1号和3号轴承标高要做到向上扬升。所以，3号轴承发生半速涡动主要因素是由于相关人员没有规范安装轴瓦，这样致使3号轴承标高处于不高的状态，当大负荷运作的时候就会致使标高发生变化，导致3号轴承出现轻载的情况，减少了轴瓦的稳定性能。针对3号轴承安装的实际测量情况，提出抬高轴承标高、减小顶隙、刮大两侧间隙，并重新对轮找中的方案。最终调整结果为3号轴承下瓦垫高100μm，南侧垫50μm，3号轴承中分面拆垫100μm，4号轴承座底部垫高100μm。最后测量3号轴承下瓦两侧间隙250μm，顶隙180μm，上瓦顶部紧力70μm。该调整方案实施后，机组可带大负荷运行，并顺利完成72h试运行。在此期间，机组曾带超额定有功及4.8MVA无功运行，均未出现突发性振动。机组带大负荷运行后振动稳定，额定工况附近3号轴承最大振动30μm左右。其余轴承各方向振动均在20μm以内。3 结束语通过以上内容的论述，可以得到以下几点结论：（1）发电子转子在实际运作的时候出现突发性振动是因为在热态的环境下，轴承油膜处于不稳定的状态亦或是转子出现热不平衡的情况导致的，并且和有功负荷以及相关励磁电流之间有着密切的联系。（2）转子冷却时间不均匀，受热出现不均匀的情况等问题，都有可能致使发电机转子出现热不平衡的情况。（3）相关人员可以在实际现场中关于振动特点能够对诱发转子出现突发性振动的情况进行确定，并采取恰当的解决措施。参考文献[1]刘俊英，张杨，张禹卓.带小轴的汽轮发电机转子装配工艺探讨[J].电站系统工程，2012（01）.[2]李建生.汽轮发电机转子的修复技术[J].四川电力技术，2005（04）.[3]李冰，朱嵘.300MW汽轮发电机转子现场大修[J].黑龍江科技信息，2003（06）.[4]胡乃琴，欧金斋，冷慧明.汽轮发电机转子车削新工艺及其应用[J].东方电气评论，2002（01）.