汽轮发电机振动异常诊断及处理探究

刘玉新

摘 要 汽轮发电机运行过程中经常会出现振动异常的情况，而产生振动异常的原因往往是多方面的，应用单一的手段无法直接有效地找到异常原因。因此，需要综合应用试验、推导及检测等手段，以此实现故障排查与处理。本文以具体的汽轮发电机振动异常案例为切入点，重点从试验排查、建模推导及实体检测等方面对振动异常原因进行分析判断，最后就故障原因提出针对性的处理方案，旨在为相关的从业人员提供参考性意见。

关键词 汽轮发电机;振动异常;诊断;支撑刚度

传统的汽轮发电机振动异常诊断方式缺乏综合性应用，往往只是依靠简单直观的手段进行原因排查，只能找出部分原因，缩小分析范围，无法实现多角度分析，也就导致实际探寻故障原因存在一定的局限性[1]。随着现代技术的发展，汽轮发电机振动异常诊断也趋于多元化和多角度，所得到的诊断结果也更加全面有效，对于后续的故障维修处理具有较高的参考价值，逐渐得到广泛的推广应用。

1汽轮发电机振动异常案例分析

某厂现拥有300MW火电机组，汽轮机型为亚临界、一次性中间再热、抽汽凝汽式汽轮机，发电机型号为水氢氢自并励型。300MW火电机组的结构为高、中压合缸结构，低压缸按照双流反向进行布置，发电机组的支持轴承共计6个。其中的1号和2号支持轴承为非对称可倾瓦轴承，3号和4号支持轴承是带球面轴瓦套的椭圆轴承，而5号和6号支持轴承是目前市面最为普通的椭圆轴承。实际运行过程中发现，当第1阶和第2阶的转速分别达到1000～1400r/min、1700～1956r/min时，3号支持轴承出现了振幅偏大的情况，同时6号支持轴承出现较大程度的振动异常情况，其与支持轴承未出现异常。

2汽轮发电机振动异常诊断

2.1 汽轮发电机振动异常原因排查

此次在开展汽轮发电机振动异常排查过程中，主要应用的排查手段有励磁电流试验、负荷试验、转速试验及润滑油膜试验这四种。

在励磁电流试验环节，首先加入励磁电流，对检查汽轮发电机振动是否发生变化进行检查明确，而后增大汽轮发电机振动，记录对汽轮发电机振动的变化情况进行记录[2]。通过试验发现3号和6号支持轴承振动并未出现变化，因而排除电气磁场不平衡而引发振动的这一种故障情况。负荷试验的目的在于判断汽轮发电机振动是否与转子质量不平衡、热膨胀及转子不对称等存在关联[3]。试验结果显示，随着负荷的增大，汽轮发电机振动也出现增大，与热膨胀没有直接和间接的关系。激振源表现转子存在不对中的特征。在润滑油膜试验中，首先将轴承润滑油压控制在0.14～0.18MPa，油膜建立则通过改变油温和调整油黏度的方式实现，最后选取27℃和37℃进行试验，发现3号和6号支持轴承振动未发生变化。在转速试验中获得了3号和6号支持轴承发热振动规律。在0～3000r/min升速过程中，3号支持轴承并未出现明显异常的振动，座振随瓦同步。6号支持轴承在0～2600r/min升速之间，随着转速的不断增加，座振也会逐渐增大，呈正相关关系，不过轴振动却逐渐变小，待达到2600r/min时，支持轴承的振幅值几近于零。而当2600～3000r/min升速之间时，座振和振幅值均不同程度的增加，差值可以维持在30μm上下。

结合四种试验手段可以得出，3号和6号支持轴承偏大的原因是因为低压缸转子和发电机转子不对中。但通过转速试验无法找出6号支持轴承详细的座振幅关系和轴承振幅值之间的对应关系，因而需要进行必要的建模和推导处理。

2.2 汽轮发电机振动异常原因分析

为了更好地开展本次振动异常原因分析，本次所建立的模型只对垂直方向的振动进行考量。假设在频率为的不平衡力作用下，转子振动幅值设定为yr，轴承座的振动幅值设定为yb，转子偏心设定为e，则经过转子-轴承平衡方程及轴承-支撑平衡方程结合计算后可以得到公式：

公式（1）中的mr表示转子的质量（kg），yb为座振幅值（m），k表示油膜刚度（N/m），yr表示轴振幅值（m）。公式（2）中的mb表示轴承座质量（kg），kb表示支撑刚度（N/m）。通过推导轴振幅值和座振幅值之间的关系，最后得到所需要的轴振幅值和座振幅值与油膜强度、支撑刚度、轴承质量及振动频率之间的关系，即公式：。分析公式可以发现，如果kb-mb2≈0，Y≈0时，轴振便接近于0，瓦振远大于轴振[4]。按照转速试验中所设定的2600r/min，假定Y≈0，代入公式则可以得到=。表明支撑系统的固有频率处于机组正常的运行频率范围内，转速试验现象与建模推导所得到的结果吻合。在完成所有的理论测试后，又对汽轮发电机组进行了实体检测。在混凝土框架及地板等检测中发现，混凝土的强度均大于C40，满足实际设计需求;二次灌浆料密实度检测中发现，汽轮发电机组右侧的1-6螺栓间与发电机组接触的二次灌浆提之间存在较大的气隙，因为气隙的存在，发电机组基座局部与基础连接不牢固，最终导致整体的支撑系统刚度无法满足设计要求。

经过系统的试验验证及实体检测可以明确得到3号支持轴承和6号支持轴承出现故障的根本原因，即转子不对中，6号支持轴承还受到二次灌浆体的气隙的影响。

3汽轮发电机振动异常处理方案

在明确汽轮发电机组振动异常的原因后，即可以针对性的制定针对性的处理方案。针对3号和6号轴振偏大的故障，要求数据测量必须采用千分表，而后打开3号和6号支持轴承箱，对箱内原始的对中数据进行精准测量，对对中数据进行分析，制定控制误差的方案，确保误差尽量小，最后为发电机组转子预留足够的量，并对发电机组的侧面瓦块进行做适当调整。6号支持轴承振动异常的问题需要重点进行处理，首先将气隙的二次灌浆部分全部打掉，由专业的施工单位重新进行灌浆浇筑，且在灌浆过程中进行充分的振捣处理，确保可以充分消除局部存在的气隙，最后进行养护工作，避免混凝土出现裂隙。

经过故障处理，汽轮发电机组振动故障消失，一段时间运行也未出现振动故障，表明这种故障检测方式与处理方案均具有良好的科学性。总的来说，本次故障处理所取得的成效主要有以下几方面：①在调整前转子中心的误差为41μm，远高于说明书中规定的20μm要求，经过调整处理，转子中心误差下降至12μm，优于说明书规定的20μm要求;②二次灌浆完成后通过强度测定，发现二次灌浆体强度大于C40，超声脉冲仪检测发现二次灌浆的成型良好，并未出现气隙和异常情况;③通过转速试验中可以看出，当处于0～3000r/min升速过程时，3号和6号支持轴承的轴承振动稳定，无任何振动异常产生，且座振动可以与瓦振同步。当处于2600r/min时，6号支持轴承的轴振和座振均发生了一定程度的变化，数值更趋于平均;④在随后所开展的负荷试验中发现，当在50～300MW升负荷过程中，3号与6号支持轴承均未出现振动异常，处于稳定状态，且减负荷振动幅值也未出现明显的变化，远优于原始最大增幅60μm。

4结束语

汽轮发电机组振动异常情况发生的原因众多，传统的单一检测手段虽然可以找到故障发生的原因，但往往存在的误差，无法真正做到综合检测。而本次故障诊断所采用的励磁电流试验、负荷试验、润滑油膜试验及转速试验可以对振动异常进行全面系统的检查分析，在解决复杂振动异常问题中起到了非常重要的作用。在故障处理中，通过对出现故障的支持轴承进行针对性优化处理，减小了发电机组转子和低压缸转子的中心误差。在各项调整处理工作完成后，经过系统检测所有的振动异常故障全部消失，振动幅值满足设计标准和规范标准要求，为后续类似的汽轮发电机组振动故障诊断及处理积累了丰厚的经验。

参考文献

[1] 陆颂元，吴峥峰.汽轮发电机组振动故障诊断及案例[J].汽轮机技术，2018，232（1）：84.

[2] 蔡国娟.30MW汽轮发电机组振动原因分析及处理[J].山东化工，2019，48（4）：118-125.

[3] 何新榮，谭锐，郭嘉，等.某600MW超临界汽轮发电机组轴系振动异常分析及治理[J].电站系统工程，2019，35（2）：53-56.

[4] 郭大泉，岑黎明，余磊，等.汽轮发电机组半频振动的原因分析和处理[J].船舶工程，2019，41（3）：64-66.