西門子1000MW機組勵磁機軸承振動分析及控制措施

張啟寬

摘 要：介紹了1000MW發電機組勵磁機結構特點工作原理，對1000MW發電機組勵磁機軸承振動原因進行了分析，以及對勵磁機安裝階段實施的措施和方法，并取得優良指標。

關鍵詞：勵磁機；軸承振動不平衡量；平行度小軸擺度試驗

西門子1000MW發電機是由上海發電機廠制造的THDF 125/67型發電機，額定容量1000MW，尾部為單軸承支撐勵磁機，在已經安裝投運的華能玉環、國華寧海二期、包括正在同期投產的臺山6號機組等項目，勵磁機軸承（8號瓦）普遍存在不同程度的振動偏大問題，在有些情況下還造成發電機的7瓦振動偏大，給機組安全穩定運行帶來了一定影響。下面主要就介紹一下臺山發電廠二期（首兩臺1000MW級機組）擴建工程2×1000MW超超臨界燃煤機組，7號發電機的勵磁機在安裝階段為控制減小勵磁機軸承振動制定的施工措施和實施情況，以及實際效果。

1 1000MW發電機組勵磁機結構特點工作原理

國華臺山發電廠二期（首兩臺1000MW級機組）其發電機為上海汽輪發電機有限公司制造的THDF 125/67水氫氫發電機，發電機主要由定子、轉子、端蓋及軸承、氫氣冷卻器、密封瓦裝置、座板、勵磁機、隔音罩等部件組成；發電機冷卻為水氫氫。即定子繞組水內冷、轉子繞組氫內冷、鐵芯及其它構件氫冷。氫氣由裝在轉子汽端的多級軸流式風扇強制循環，并通過設置在定子機座汽端兩側垂直布置的氫氣冷卻器進行冷卻。勵磁方式為：無刷勵磁。勵磁機主要由主勵磁機、副勵磁機（永磁機）、整流器、勵磁機轉子、勵磁機軸承（8號瓦）等組成。

2 1000MW發電機組勵磁機軸承振動原因分析

上海電氣1000MW機組勵磁機軸承為勵磁機的唯一軸承，其結構型式是5個瓦塊組成的可傾瓦，可傾瓦瓦塊在支持點上可以自由傾斜，在油層的動壓力作用下，每個瓦塊可以單獨自由的調整位置，以適應轉速、軸承負載等動態條件的變化。這種軸承每一瓦塊的油膜作用力都通過軸頸中心，因此它沒有可引起軸心滑動的分力。所以這種軸承具有較高的油膜穩定性和抗振蕩能力，能有效的避免油膜自激振蕩及間隙振蕩，摩擦損失也較少。

發電機轉子撓曲對于勵磁機轉子產生的不平衡量，直接表現為勵磁機小軸的擺振，將直接考驗勵磁機軸承以及軸承座的剛度，軸承座剛度不夠，對于振擺不能產生足夠的抑制作用，軸承振動會逐步升高。

勵/發三支承軸系的設計模式，在振動特性上對于勵磁機轉子的不平衡量非常敏感，勵磁機轉子原始不平衡量以及由于安裝問題后來出現的不平衡量，對發電機轉子影響較大，經過發電機轉子轉子放大后使勵磁機轉子產生新的不平衡量，隨機組運轉時間的增加，不平衡量逐漸疊加，勵磁機軸承振動逐漸增加。

由于勵電靠背輪的聯接剛度存在問題，轉子軸向緊力不足，使轉子在運行中軸頭晃度增大產生新的不平衡量，也會使勵磁機軸承振動增加；

3 1000MW機組勵磁機安裝階段實施措施和方法

3.1 安裝前對聯軸器的檢查

通過以下檢查方法可以減少勵磁機轉子的原始不平衡量；

（1）檢查聯軸器平面的瓢偏度，應≤0.01mm；平面瓢偏度超標，可采用現場研刮的方法處理，如超標嚴重，必須返廠處理合格后方可安裝；

（2）檢查聯軸器聯接剪切套筒與聯軸器銷孔的配和間隙；應比較輕松的推入，但徑向間隙應不大于0.02mm；

（3）聯軸器配和止口的耦合尺寸檢查；徑向應留有間隙，以不大于0.05mm為標準；

（4）對聯軸器螺栓進行逐條稱重編號，重量偏差應不大于3g；

（5）對聯軸器螺栓進行材質校核以及硬度測量，符合金檢標準。

3.2 勵磁機軸承安裝調整工藝

通過以下檢查可以減少從軸瓦方面產生的影響振動的因素，主要方向為增加軸瓦剛度以及增加對軸承擺振的控制力；

（1）檢查瓦塊與軸頸接觸良好；

（2）檢查軸瓦墊塊與軸承外殼接觸良好，接觸均勻，接觸點在70%以上；

（3）對軸瓦頂部間隙測量：通過在軸頸頂部沿軸線方向放置鉛絲，將上瓦吊裝到下瓦上，緊固軸瓦接合面螺栓，直至軸瓦中分面無間隙，揭開上瓦，測量鉛絲的厚度即是軸瓦的頂隙。

（4）軸瓦與瓦套緊力測量：通過在軸承座結合面加標準墊片，在軸瓦上瓦墊鐵上放置鉛絲，緊固軸承座結合面螺栓，通過鉛絲壓縮量來判斷軸瓦與瓦套緊力值；

3.3 勵磁機轉子與軸瓦、臺板平行度檢查調整

勵磁機轉子平行度的測量調整，是勵/發對輪中心調整的基準；由于安裝工藝的因素，一般勵磁機軸承座與勵磁機臺板垂直度都存在一定的偏差，并且，在機組運行過程中，勵磁機臺板的變形量逐漸增加，測量調整轉子與臺板平行度誤差較大；因此在調整平行度時應從勵磁機轉子與臺板平行度、與勵磁機軸承座平行度（轉子與軸承瓦塊平行）以及勵磁機軸承座油檔洼窩中心三方面綜合考慮。

（1）用測量勵磁機轉子軸頸揚度、勵磁機揚度的方法檢查勵磁機轉子與臺板的上下平行度，標準為不大于0.05mm；

（2）與此同時，在軸頸上架設百分表座，表桿壓在軸承座端部擋油蓋裝配面上，以檢查轉子對軸承座的垂直度，垂直度誤差不大于0.10mm；

（3）通過測量勵磁機轉子軸頸對于軸承座前后油檔洼窩左右數值，來檢查勵磁機轉子與軸瓦左右平行度，標準為不大于0.05mm；

（4）通過測量勵磁機轉子軸頸對于軸承座前后油檔洼窩上下數值，來檢查勵磁機轉子與軸瓦上下平行度，標準為不大于0.05mm；

（5）平行度、垂直度測量數值如有偏差，可通過調整勵磁機轉子臨時支承瓦架底部墊片、左右位置來實現；調整合格后裝配好定位銷，緊固地腳螺栓。

3.4 勵/發對輪中心找正

勵/發對輪中心，對于勵磁機軸承負荷、振動以及瓦溫等方面影響很大；通過以下安裝工藝以實現增加勵磁機軸承負荷、減少軸系原始不平衡量；

（1）通過水平儀測量勵磁機尾部軸承座的標高，調整底板下部的調整螺栓使之滿足軸系找中圖的標高要求。使用刀口尺和塞尺對發電機-勵磁機聯軸器的軸向和徑向進行初步找中。

（2）隨后進行勵磁機底板二次灌漿，待灌漿養護期過后，用100KN擰緊地腳螺栓（M42），保證螺栓伸長量滿足圖紙要求；

（3）將百分表座裝在勵磁機聯軸器上，表桿頂壓在發電機聯軸器外圓上；單盤勵磁機轉子，初找中心；端面張口用內徑千分尺測量；測量過程應做好防止勵磁機轉子軸向串動措施；

（4）中心位置調整通過加減勵磁機軸瓦支座底部的墊片，以及支座左右移位來實現；

（5）機組系統具備條件，可以投運盤車時，可以進行勵/發對輪中心最終校核；勵/發聯軸器按照安裝標記對好，盤動發電機轉子，相應地盤動勵磁機轉子，在保證勵/發聯軸器安裝標記對正的情況下，在90°、180°、270°、360°，讀出端面、圓周值；注意：發電機轉子勵端軸承在盤動轉子時，需要投運頂軸油運行，在測量數據，調整位置時，應將轉子頂起高度計算在內；

（6）勵/發對輪中心標準調整：為增加勵磁機軸承的負載，可在原先的基礎上適當增加勵磁機軸承的標高，可通過適當調整勵發對輪中心數值的方法予以實現，新標準：下張口：0.12-0.18mm（即下張口0.15mm左右），圓周中心偏差：±0.03 mm；

3.5 勵/發對輪同心度測量調整

調整同心度以減少軸系連接不平衡量：

（1）勵/發對輪中心復查合格后，將勵磁機轉子對準安裝標準位置頂向發電機轉子，使兩聯軸器靠背輪間隙約為10mm為至，用工具將剪切套筒推入發電機聯軸器銷孔，在聯軸器螺栓上先套入制動套筒，先用300N.m力矩擰緊螺栓；

（2）在勵/發轉子靠背輪外圓上各架一只百分表，將外圓周8等份；啟動盤車盤動轉子，測量同心度；

（3）〔表讀數（A-B）〕與圓周對角〔表讀數（A-B）〕的最大差值為勵/發對輪同心度，標準不大于0.02mm；如存在偏差，需重新調整；

3.6 勵磁機轉子軸頭擺動的檢查調整

勵磁機轉子軸頭擺動的調整對于減少勵磁機轉子不平衡量非常重要，直接影響到勵磁機軸承的振動；并且勵/發對輪螺栓的連接，直接影響到勵發對輪的連接剛度，通過以下安裝工藝以減少由于安裝而產生的不平衡量。

（1）在永磁機轉子與定子之間，放入一圈或幾圈的不銹鋼皮或鋁皮，以起到隔磁作用，防止轉子受磁力影響而擺動，使搖擺值測量不準確。

（2）測量擺度具備的條件：勵/發對輪同心度測量調整完閉，聯軸器螺栓緊力300N.m；勵磁機軸承標高確定，瓦塊與軸頸接觸良好。

（3）打開軸承座上蓋及上半軸瓦。

（4）在軸承座合縫面上架設測量垂直（y表）、水平（x表）位移用的百分表。

（5）用鑲有巴氏合金或銅襯的托環托住轉子軸頸，一般可利用行車懸掛手拉葫蘆掛住托環或在軸承座上固定一個臨時支架掛住托環。懸掛位置的對中性要保證正確。

（6）用千斤頂頂起轉子，監視垂直位移百分表吊起約0.35mm，翻出下半軸瓦。然后降下轉子至原始位置，查看水平位移百分表讀數是否還原，偏差太大有可能是吊鉤對中性不好引起的，應仔細糾正。對垂直位移百分表讀數要耐心觀察一段時間，因為鋼絲繩吃重的初階段有微量伸長，待穩住后，調整手拉葫蘆，使垂直位移百分表的讀數回到原始位置上并做好記錄。

（7）緩慢盤動發電機轉子帶動勵磁機轉子轉動，讀取水平位移百分表的擺動值（一般按聯軸器連接螺栓編號讀取各擺動值）。至少有二遍重復數據出現，然后增加50-100N.m的力矩，對角地均勻地緊固聯軸器螺栓一遍。緊固時先從需找正的一組螺栓開始調整。

（8）重復以上的步驟，直到螺栓力矩達到750N.m左右。螺栓緊固時應逐漸增大力矩不宜采用松減力矩的方法來調整擺動度。

（9）擺動標準要求表數最大值減最小值應不大于0.05mm。擺動度值最大點與最小點如在對角方向，此時擺動調整比校容易，但是最大點與最小點一般不在對角方向，此時應全面考慮擺動狀態，耐心細致的進行調正。（注意：如果勵磁機轉子擺度實在無法達到≤0.05mm，則擺度控制在≤0.35mm范圍）。

（10）擺動度調整合格后慢速盤車至少半小時或在慢速盤車情況下擺動度不隨時間而改變已進入穩定狀態為止，復測擺動度作為最終結果。

（11）擺動度達到要求后，就可以翻入下半軸承，應在適當部位上裝百分表監測轉子水平方向的位移情況，翻入后轉子軸頸附近水平方向位移應不大于0.05mm。

3.7 安裝勵磁機軸承兩側擋油環

安裝擋油環與軸頸間隙為上部0.3-0.53mm，下部005mm，左右0.17-0.29mm。最后勵磁機軸承正式完整回裝。

4 實施情況及效果

4.1 實施情況

（1）鑒于勵磁機軸承振動的特殊性，從甲方、監理、到廠家都非常重視。勵磁機安裝工作作為發電機安裝的重中之重，組成了以工地專責、質檢員、班長、作業班組人員為成員的公關創優小組，和甲方專工、廠家溝通，及時處理施工中出現的問題。

（2）安裝工作階段，嚴格按照1000MW機組發電機勵磁機軸承振動減小編制的措施執行，使作業人員做到了事先心中有數。

（3）加強了質量監督和過程控制。每道工序均明確責任人和各級驗收人，使每項作業均能夠嚴格按照技術措施和規范的要求進行，且所有驗收項目均按優良標準進行驗收。

（4）強化了施工工藝，在施工工藝上追求精益求精。

（5）在進行勵磁機做軸頭擺度試驗調整時，吸取了6號機組的經驗，按西門子要求擺度在0.65mm以下，但根據現場經驗，有利于振動高標準，控制擺度越小越好。（1）、勵-發對輪下張口控制在0.12～0.18mm，盡量取大值；擺度（大-小）控制≤0.25 mm，數值以兩次測量值相同為準。勵-發對輪螺栓力矩允許最大為800NM。解列勵-發對輪螺栓并重新調整擺度時，聯接勵-發對輪螺栓時，先按300NM力矩對角對稱聯接，然后盤車，根據偏差相位逐步加力矩，每次50NM-100NM，到一定力矩（750NM）再根據情況加力矩。各力矩值盡量一致，差值不大于10%。在勵磁機軸頸的x、y方向上架表，利用托環抬高轉子將軸瓦翻出，再將轉子下降至原位。察看水平位移表計讀數是否還原，偏差太大有可能是吊鉤對中性不好引起的，應仔細糾正。對垂直位移表計要耐心觀察一段時間，因為鋼絲繩吃重的初階段有微量伸長，待穩住后，調整垂直位移至原始位置。擺度值最大點與最小之點如在對角方向，此時擺度調正比較容易。但最大點與最小點一般不在對角方向，此時應全面考慮擺度狀態，耐心細致地進行調正。擺度合格后慢速盤車至少半小時，其不隨時間而變化已進入穩定狀態為止，然后復測擺度作為正式記錄。最后小軸擺度水平（x表）擺度（大-小）036 mm，垂直方向（y表）擺度（大-小）0.12mm，使小軸擺度調整到了最好狀態。

4.2 實際效果

7號機組在168小時運行階段，機組運行穩定，各項指標達標，機組振動指標優良，其中勵磁機軸瓦（8瓦）振動0.046mm，達到了優良標準，得到甲方專工和監理對我們安裝水平的認可，為公司爭得了榮譽。

5 小結

超超臨界1000MW機組汽輪發電機勵磁機軸承振動問題，是投運同類型機組中比較共性的問題，通過對此問題的分析以及應對措施的落實，在臺電二期工程7號機組得到有效的解決，也為今后的工作積累了經驗。

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