火電廠旋轉設備振動標準應用中幾個問題的探討

羅劍斌，袁立平，劉占輝，黃建偉

（1.河南省電力試驗研究院，河南 鄭州 450052; 2.河南電力物資公司，河南 鄭州 450052）

振動標準對于評價火電機組及主要旋轉輔機設備的振動狀態，保護設備的運行安全起著極其重要的指導作用。目前評價設備的振動有3種測量指標：軸瓦振動、轉軸相對振動、轉軸絕對振動。在現場實際應用中，某些專業人員對于依據振動標準分析評判設備超標或異常振動問題還存在一些模糊認識。根據多年參加振動標準制定和修編研討、現場機組設備的振動測試與狀態評價，對應用振動標準過程中遇到的幾個問題進行分析。

1 汽輪發電機組轉子原始晃度的扣除與保留

軸振動測量過程中存在轉子原始晃度問題。轉子原始晃度是在低轉速(300～400r/min)下所呈現的振動位移峰峰值。影響因素包括機械、電磁和轉軸材質等，例如：軸端偏心、彎曲、軸表面不圓度及局部缺陷、剩磁、材質不均勻等。“振動標準”規定，一般情況下轉子原始晃度不得超過許用振動位移值的25%。超過該數值，應分析原因并采取補償或者其他措施予以改進。從振動分析角度來講，該轉速下的數值不能作為轉軸振動值，轉子在工作轉速3000 r/min的各種運行參數工況下振動數值應該是該測點原始晃度值與轉子振動幅值相互疊加的復合值。

在早期美國本特利DVF-Ⅱ和TK20振動分析儀上，都設計有補償校正的扣零功能，也就是轉速300r/min左右時，把振動幅值調至零，振動測量值是從300r/min以上開始計量的。所以現在有一些振動專家學者認為在穩定工況下，應該從振動幅值中扣除原始晃度。從工程的角度理解，這樣做在轉子進行動平衡試驗時及振動測量過程中是可行的，但在現場機組振動故障診斷中，原始晃度值對于判別轉子對中是否合格，診斷轉軸是否有暫時彎曲，聯軸器是否有水平或角不對中，原始晃度都是非常有用的。另外由于受到轉軸的暫態彎曲，軸頸在瓦內的不規則移動，轉軸軸向運動等因素的影響，現場測量的原始晃度值，不是穩定工況下的轉軸原始晃動。因此，不能簡單地考慮把額定轉速下的振動矢量減去原始晃度矢量作為評價振動狀態的依據。對某些機組存在轉子彎曲或聯軸器不對中等故障因素，暫時又不具備處理條件，測量采集的振動信號數據就應作綜合考慮與識別分析。

2 采用軸振動或軸瓦振動評價設備振動

上個世紀80年代，由于國內發電機組容量和測量技術的限制，普遍采用測量軸承蓋振動來評價設備振動。其后，隨著大機組的振動問題與分析診斷技術的需求以及測量技術的發展，逐漸重視了軸振測量。由于測量絕對軸振在裝置與技術上存在多種條件的限制，現在大多采用相對軸振測量。相對軸振反映的是轉子相對于軸承座的振動，不受軸承座絕對振動的影響，可以始終提供轉軸在軸瓦間隙的徑向振動信息。許多人認為相對軸振動靈敏、準確反映機組振動狀態，而忽視了軸瓦振動測量，有些機組甚至只考慮設計安裝軸振測點，而不裝軸瓦振動傳感器。原國家電力公司《火電機組啟動驗收性能試驗導則》對設備振動試驗明文規定：如果能夠測量轉軸振動，以軸振動測量結果為主。

某些600MW機組低壓缸軸承上蓋的結構為一個薄鋼板罩在軸承座之上，軸承蓋與上瓦枕不直接接觸，現場測量軸承座振動的傳感器就安裝在這個軸承蓋上。有些機組實測相對軸振動只有50～60 μ m，而軸瓦振動達到70～80 μm。制造廠家認為由薄鋼板組成的軸承蓋剛度比軸承座剛度要低，其振動自然要比軸承本身的振動大。因此，認為軸瓦振動雖然超標，但也不影響機組運行安全，對該問題采用回避或漠視的態度。實際測量發現，軸承蓋頂部傳感器所測得的數值與在軸向同一位置汽缸中分面(軸瓦座落在汽缸排汽缸上)所測的數值相差無幾，就是說軸承蓋上傳感器測得的振動可以反映機組真實的軸瓦振動情況。

對于大型(≥300MW)汽輪發電機組,低壓轉子的軸承大多坐落在低壓排汽缸上,發電機軸承坐落在發電機端蓋上,導致軸承與外殼的支撐剛度不足以及運行中的弱化降低，致使其本身定子結構共振頻率接近機組工作頻率。在軸振動不大情況下，軸瓦振動可能達到或超過軸振動幅值。從設備振動響應和設備安全狀態分析，如果一個轉子的相對軸振很小而瓦振很大，意味著站在固連于缸體的運動座標上看，做弓形回轉的軸振動很小，動靜部分的摩擦或兩者相對接觸可以避免；但機組設備承受的動應力和軸承承受到的動應力還取決于缸體本身的振動量值；缸體和支承振動大，機組設備構件承受的動應力必定較高。

例如，某臺超臨界600MW機組，在425MW負荷運行時，7號軸振動最大值僅有49 μm，7號軸瓦垂直振動可達117 μm，致使安裝在附近的發電機冷卻水管道經常振裂。分析發現，7號軸承在超速試驗過程中，最大振動峰值在3060r/mim，判明7號軸承座運行處于結構共振狀態，所以采用軸瓦振動評價是完全必要的。

又如：某臺超臨界600MW機組，在470MW負荷運行，1號軸振動達到160 μm，而1號軸瓦垂直振動最大值只有15 μm，進一步分析是由于1號瓦支撐剛度很大，軸瓦振動響應靈敏度很低，不能真實反映機組振動狀態，而此時采用軸振動更準確反映機組振動水平。

一般來說，轉子振動信號數據反映轉子振型、擾動力特性、轉子中心及彎曲度變化的特征。軸瓦振動信號數據反映支撐條件與定子剛度穩定性與變化程度。

通過以上分析，對于軸承剛度較大，轉子質量較輕(高中壓轉子)的設備，在評價設備振動時以軸振動比較合理；對于低壓和發電機設備，轉子質量重、軸承支撐剛度低，在評價設備振動時必須同時采用軸振和瓦振，因為瓦振超標也會發生設備故障或者事故。

3 輔機軸承振動評判

對輔機軸承振動的評價，有的采用振動位移(峰峰值)，有的采用振動烈度(速度有效值)，傳統的方法是采用振動位移。隨著轉子動力學的研究和測量技術的發展，考慮到輔機設備大多采用滾動軸承等多種因素，國標推薦采用振動烈度。

例如：1臺轉速為1500r/min的風機設備，振動烈度4.6mm/s(達到推薦的合格值)，若把該振動看做只含轉頻振動(對大多設備都適用)，它的振動峰峰值應該是82.8 μm；按《電力工業技術管理法規》規定的1500

r/min軸承座振動位移峰峰值70 μm為合格標準，該風機振動不合格。

若采用既可測振動位移又可測振動烈度的測振儀，例如日本理應公司的VM-63，測量位移(通頻值)與按上面公式計算的數值基本一致，表明該風機振動響應基本上為轉動頻率振動；若差別較大，表明風機振動除了轉動頻率成分外，還包含有其他振動頻率成分。當振動分量有明顯的高頻成分時，振動烈度大，振動位移小；當振動分量有明顯的低頻成分時，振動烈度小，振動位移大。這是現場采用便攜測振儀簡易診斷振動類型的有效方法。

現場輔機轉速一般為1500r/min以下，工作轉速頻率低，使用振動位移作為標準評價，往往難以達到合格標準，采用振動烈度作為標準評價，則較容易達到合格標準。

由于輔機一般采用滾動軸承支撐，軸承振動頻率成分比較復雜。輔機測振儀采用速度型或加速度型傳感器，振動烈度值能夠直接反映出設備振動響應，振動烈度大，意味著輔機的振動狀態劣化。因此，輔機軸承振動采用振動烈度作為標準評價更為合理。

4 結束語

(1) 汽輪發電機組軸系轉子原始晃度的問題，不應簡單地采用扣除補償，應作具體分析而定。

(2) 振動評價采用軸振動或軸瓦振動問題，從保證機組安全的角度，在考核相對軸振的同時，瓦振的考核是不能輕視的一項指標。

(3) 輔機設備應用振動烈度作為標準評價更為合理。

參考資料：

1 陸頌元. 600 MW汽輪發電機組振動缺陷剖析. 汽輪機技術，2008.02

2 羅劍斌，荊百林. 火電廠旋轉設備振動標準介紹與應用. 河南電力，2006.1