汽輪發電機軸承座的剛度影響振動技術分析

沈國棟，段宗偉，洪久安

（安徽淮南平圩發電有限責任公司，安徽 淮南 232089）

安徽淮南平圩電廠3#汽輪發電機7#軸承座的軸向振動較大，對機組安全、可靠運行產生了一定影響。為了分析7#軸承座的振動原因，對該機組的振動現象進行了測試和分析，并進行了治理，取得了比較好的減振效果。現將測試分析工作總結出來，以供同類型的機組參考。

1 機組結構

平圩電廠汽輪發電機主機，是由某電氣裝備有限公司生產的50WT25E-144型國內超臨界、單軸、一次中間再熱、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，銘牌額定功率660MW，汽輪機主機是單軸承支撐落地式軸承座的結構，軸承座與汽缸是分開獨立布置的結構，發電機和勵磁機轉子為三軸承支撐方式，如圖1。

2 停機前的機組振動測試

2.1 振動測試結果

7#軸承座的振動一直偏大，在機組停機前對振動進行了測試。圖2是7#軸承座外特性測試時的測點布置圖。

測試結果總結如下。

（1）7#軸承座7x和7y測點軸振在75～90μm之間。（2）7#軸承座水平方向振動<20μm，垂直方向振動<30μm，總體振動不大。（3）7#軸承座垂直振動呈反對稱型擺動。（4）軸承座頂部的軸向振動達到140μm。（5）軸向振動以及垂直、水平振動的頻譜中都是以50Hz分量為主，其余頻率成分很少，如圖3所示。

千斤頂對軸承座振動的影響見表1。

圖1 660MW汽輪發電機組軸系布置圖

圖2 軸承座外特性測試時測點布置

圖3 7#軸承座軸向振動頻譜圖

表1 千斤頂對軸承座振動的影響

2.2 振動原因的初步分析

（1）振動頻率主要為50Hz，可以初步排除電氣方面各項因素的影響，如：磁力中心偏差、匝間短路等。為進一步排除電氣方面故障因素的影響，可以在檢修后開機時測試，加勵磁電流前后7#軸承座軸向振動變化情況加以確認。（2）軸承座的軸向剛度偏低，對激振力比較敏感。（3）轉子上存在不平衡激振力，對軸向振動產生一定影響。

3 停機檢修檢查的情況

機組停機期間，安排的檢查項目情況如下。（1）盤車狀態下，架百分表測試勵發對輪、7#軸承露出軸段和勵磁機最尾端處轉軸徑向晃度；測試對輪瓢偏的情況；無異常。（2）對7#軸承軸瓦，測量軸頸揚度、軸頸晃度、軸承座揚度、軸承座底部墊塊與洼窩的接觸情況、軸承緊力、烏金面工作狀態均符合標準要求。（3）對7#軸承座4個地腳螺栓的緊力進行檢查，符合標準要求。

4 檢修后開機過程中的振動情況

開機過程中，測試了機組啟動過程時7#軸承座的振動特性以及隨轉速變化的情況，見圖4。

圖4 7#軸承座振動隨轉速變化的情況

從圖中可以看出，2650r/min后，隨著轉速的進一步升高，7#軸承座的軸向振動都急劇增大，突出表現在7#軸承座的軸向上。7#軸承座的軸向振動在3000r/min附近具有比較明顯的共振特征。

5 頂舉試驗

嘗試經過兩次動平衡試驗調整，最終在勵磁機尾部加重后，7x和7y的振動大幅度減小，而7#軸承座軸向振動一直維持在比較高的水平上，加重前后振動變化的幅度不明顯。動平衡試驗時的測點布置如圖5所示。

鑒于7#軸承的軸向振動依然維持在較高水平。為了減小7#軸承座的軸向振動，決定在目前軸系平衡狀態下開展軸承座的頂舉試驗，試驗觀察頂舉對軸承座軸向振動的影響。頂舉試驗在軸承座底部正下方進行，頂舉試驗過程中，振動變化的情況見圖6。從圖中可以看出，對軸承座底部施加頂舉力后，7#軸承座垂直和軸向振動都減小，其中軸向振動從230μm減小到150μm。頂舉對其余各點以及轉軸振動的影響較小。頂舉力撤銷后，7#軸承座的振動隨即恢復原狀。

圖5 動平衡試驗時測點布置

圖6 頂舉試驗過程中各點振動變化的情況

6 振動來源分析

（1）加減勵磁電流的試驗過程中，7#軸承座的軸向振動變化較小，軸承座軸向振動的主頻率為50Hz，說明軸向振動受勵磁電流的影響較小，基本可以排除發電機電氣方面因素對軸向振動的影響，如匝間短路、磁力中心不正、空氣間隙不均勻等。（2）2500r/min后，隨著轉速的升高，軸向振動呈現出明顯的爬升趨勢，在3000r/min附近，軸承座的軸向振動表現出比較明顯的共振特征，表明軸承座的軸向剛度不足，導致軸向共振頻率下降到工作轉速附近，誘發3000r/min轉速下的共振，從而導致軸向振動大。（3）動平衡后，7#軸承的轉軸振動大幅度減小，而軸向振動變化的幅度不大，說明軸向振動和轉子上不平衡力之間的關系不大。經過動平衡試驗調整后，現階段軸系動平衡的精度已經很高，進一步調整動平衡對減小軸向振動的作用不大。（4）頂舉試驗表明，施加頂舉力后，軸向振動大幅度減小，進一步證實軸承座的軸向剛度或其支撐剛度較低。

該型機組7#軸承座通過4個地腳螺栓支撐在臺板上。螺栓的連接不好，容易導致臺板與基礎的連接不實。此外，二次灌漿老化、墊鐵松動等因素也會減小支撐剛度。

7 振動的處理措施與結果

現階段，為了減小軸向振動，通過在軸承座底部加頂桿的方法來提高軸承座的剛度，將軸承座的共振頻率點提升到3000r/min以上，減小軸承座振動對激振力的敏感性，增強抵抗能力。增加頂桿后，軸承座的軸向振動由220mm/s降至63mm/s，振動被大幅降低，滿足運行需要，后續在機組檢修中，查找引起軸承座剛度不足的原因，徹底解決軸承座的振動問題。

8 結語

針對平圩電廠3#汽輪發電機組7#軸發生的軸承座振動問題進行了分析、研究，發現振動是由于軸承座在機組定速3000r/min附近產生共振引起，通過在軸承座底部增加專用頂桿的方法，增加軸承座的剛度，避開共振頻率，解決了軸承座振動對機組安全運行的影響。