某25MW汽轮发电机组振动原因分析及处理

谷志德

（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730070）

0 引言

汽轮机及发电机是火力发电厂中最重要的原动机及发电设备。检修后的汽轮机及发电机的启动过程中往往会出现轴承振动异常的现象，影响到机组的运转安全。某发电厂#1机组为25 MW型可调整抽汽汽轮发电机组。机组轴系简图如图1所示。某次检修后，启机过程中机组轴承产生强烈振动，导致机组不能达到工作转速（3 000 r/min）。

图1 机组轴系简图

笔者经过对该机组开机过程中振动状态进行测试及数据分析后，判断启机过临界振动大的主要原因是汽轮机及发电机转子存在较大的一阶径向质量不平衡。采用“多平面加重法”，在汽轮机转子电端末级叶轮及发电机转子汽端风扇两个平面同时加平衡重量，改善了机组的整体振动状态，使该机组汽轮机及发电机开机通过一阶临界转速及工作转速时的轴承振动均达到机组安全运转的要求。

1 机组振动现象及过程

该机组检修后首次开机为冷态开机，冷态开机过程中有三个阶段的暖机。前两个阶段暖机过程中，机组各轴承振动均正常；机组升速至一阶临界转速时，#2、#3瓦垂直方向轴承振幅分别达到120μm、122μm；机组快速通过临界转速后，各轴承振幅下降至正常水平；第三阶段暖机过程中机组各轴承振动未发生变化。由于在升速通过临界转速时机组轴承振幅较大，为确保机组的安全，第三阶段暖机结束后立刻紧急停机，因此机组未达到工作转速。机组首次启动时的振动数据见表1所列。

表1 机组首次启动振动数据

2 振动原因分析

从该机组升速过程中的轴承振动数据变化来看，汽轮机、发电机转子的一阶临界转速较为接近。采用傅里叶分解的方法，对临界转速时的振动数据进行分析，发现该机组汽轮机及发电机的轴承振动含有大量的工频分量，而且工频分量约占通频量的90%以上，据此可以确定，该机组汽轮发电机组过临界时振动的性质属稳定强迫振动。

产生稳定强迫振动的原因，主要有激振力过大及支撑系统刚度偏低。结合该机组的历史轴承振动状态及此次检修的数据，可以判断，该机组轴承座支撑系统刚度是正常的、轴系中心找正也是达到了检修质量标准。据此分析，笔者认为，该机组汽轮机及发电机转子存在显著的不平衡力。而对于该机组转子，引起不平衡力的根本原因是转子的一阶径向质量不平衡。

3 振动处理

经过笔者的研究、分析，可以采用“多平面加重法”实施高速动平衡，改善汽轮机及发电机转子的一阶质量平衡状况，使机组能够升速至工作转速。实施高速动平衡时，同时在汽轮机及发电机转子的两个平面上加重，加重平面选择在汽轮机末级叶轮及发电机汽侧风扇上，分别加重220 g∠3100、360 g∠2800。轴系转子高速动平衡后数据见表2，高速动平衡后的伯德图见图2～图5。

图2 高速动平衡后#1轴承振动伯德图

图4 高速动平衡后#3轴承振动伯德图

表2 高速动平衡后振动数据

从表2的数据可以看出，实施高速动平衡后，机组在一阶临界转速时的#2、#3轴承振幅降至100μm以下，工作转速下各轴承振幅也在合格范围内。但一阶临界转速及工作转速下，汽轮机#2轴承振动振幅仍偏大、依然存在较大的工频分量，说明汽轮机转子仍存在一定程度的径向质量不平衡。汽轮机调端汽封处有一个平衡槽可用于进一步实施高速动平衡，但由于电厂需要在规定时间内并网，没有时间继续改善机组振动状态，且一阶临界转速及工作转速下的汽轮机及发电机轴承振动也能够满足安全运行的需要，因此，不再进行后续现场高速动平衡工作。

4 结论及建议

该机组发生的过临界振动异常的故障，是汽轮机及发电机转子存在显著的一阶质量不平衡造成的。通过采用“多平面加重法”实施高速动平衡，效果良好，能够使汽轮发电机组轴承振动水平在通过一阶临界转速及工作转速时达到机组安全运转的需求。

图3 高速动平衡后#2轴承振动伯德图

图5 高速动平衡后#4轴承振动伯德图

根据表2高速动平衡后的最终测试数据来看，如果时间允许，可以考虑在进一步降低汽轮机临界转速振动水平的前提下，在汽轮机调端汽封处平衡槽内及末级叶轮平衡槽两个平面同时实施高速动平衡，继续降低工作转速下汽轮发电机组的轴承振动水平。