熱電聯產汽輪發電機組振動異常原因分析與處理

王博磊，曹偉，牟法海，昃剛，鞏振泉

(河北冀研能源科學技術研究有限公司，石家莊 050051)

0 引言

對于大部分供熱機組來說,供熱蒸汽從供熱機組抽汽口到熱網加熱器之間存在著壓差能量浪費。在供熱蒸汽自供熱機組抽汽口至熱網加熱器入口之間加裝超低壓小汽輪機，利用供熱蒸汽的壓差能量驅動超低壓小汽輪機做功，供熱蒸汽經小汽輪機做功后，排汽再進入熱網加熱器，加熱熱網水用于城市供熱，從而實現供熱蒸汽能量的梯級利用，提高電廠經濟效益。

以某廠300 MW供熱機組的熱電聯產汽輪發電機組為例，該廠采用超低壓小汽輪機直接拖動高壓異步電動機實現異步發電,直接與廠用電系統連接,發出的電量直接抵消廠用電電量。配套發電機由湘潭電機股份有限公司制造，額定功率為6 000 kW，額定電壓為6 300 V，額定電流為600 A，轉速為3 000 r/min，冷卻方式為1C81W。電機支承方式：電機軸瓦安裝在端蓋上。本文對熱電聯產汽輪發電機組的振動問題進行分析及處理，為今后處理類似振動問題提供參考。

1 故障現象

新機組投產運行5 d后，發現發電機前、后軸承振動值逐漸增大，由3.6 mm/s增加到7.2 mm/s，因振動大導致停機。再次啟機發現發電機振動值隨著負荷的增加而增大，只能降負荷運行，嚴重影響機組的運行安全和經濟效益。就地測量發電機振動值：驅動端軸承水平20 μm；垂直44 μm；軸向74 μm；非驅動端軸承振動值：水平52 μm；垂直69 μm；軸向65 μm。

2 原因分析

為查找發電機振動增大的原因，對該發電機組進行了振動測試。熱電聯產汽輪發電機組結構如圖1所示，從汽輪機向發電機方向看，發電機為順時針旋轉，發電機驅動端軸承為#3軸承，非驅動端軸承為#4軸承。分別于#3，#4軸承上布置水平振動與垂直振動測點。從汽輪機向發電機方向看，水平振動測點位于右側，鑒相測點與水平振動測點方向相同。

圖1 熱電聯產汽輪機結構

2.1 振動診斷分析

采用振動分析儀SK4432五通道振動分析儀進行振動測量分析。發電機#3軸承垂直方向時域波形圖與頻譜圖如圖2所示，#4軸承垂直方向時域波形圖與頻譜圖如圖3所示，測得#3軸承垂直方向的BODE圖，如圖4所示，測得#4軸承垂直方向的BODE圖，如圖5所示，#3，#4軸承垂直方向振動趨勢如圖6、圖7所示。

圖2中#3軸承垂直方向波形畸變為基頻與倍頻的疊加波，主要振動頻率為1倍、2倍轉速頻率。圖3中#4軸承垂直方向主要以基頻為主，時域波形圖為M形狀。由圖4、圖5、圖6可以看出#3，#4軸承垂直方向振動值隨轉速的增加變化不明顯，但并網后振動值變化較大，且#3軸承振動值波動較大。

圖2 #3軸承垂直方向時域波形和頻譜

圖3 #4軸承垂直方向時域波形和頻譜

圖4 #3軸承垂直方向BODE圖(截圖)

圖5 #4軸承垂直方向BODE圖(截圖)

圖6 #3軸承垂直方向振動趨勢(截圖)

圖7 #4軸承垂直方向振動趨勢(截圖)

對電動機的4個電機底腳、臺板進行振動測試，結果見表1，一般來說，測點上下標高差在100 mm以內的2個連接部件，在連接緊固的情況下，振動差別應小于5 μm[1]，而該電機4個底腳與臺板之間的差別振動隨著負荷的增大均在加大，最后差值均在20 μm以上。現場可以觀察到找正時所添加的墊片比電機底座與臺板的接觸面面積小而且并非是完整的一塊墊片，是由幾塊拼接組成，存在虛墊。

表1 發電機底腳與臺板振動數據 μm

2.2 原因分析

軸承各溫度測點與回油溫度正常，同時結合振動頻譜特征，可排除軸承存在缺陷的可能。

并網前后發電機振動發生較大變化，且負荷變化后，振動隨即變化，兩者之間沒有明顯的時間滯后，懷疑發電機存在電磁方面的故障，但通過現場檢測與測量，可以排除三相負載不平衡、軸向磁力中心線不對中、轉子線圈匝間短路等故障。

綜合上述分析，電機振動具有以下特征。

(1)發電機振動值存在一定的波動。

(2)發電機振動頻率主要為工作頻率，其中#3軸承存在2倍轉速頻率成分。

(3)發電機振動值隨著轉速的增加振動值增加不明顯，但并網后隨著負荷的增大振動值增大明顯。

(4)電機底腳與臺板連接結合面處存在明顯的虛腳。

特征(2)說明存在不平衡、不對中、彎曲等可能;特征(1)，(3)，(4)，說明軸系存在不對中、連接松動等問題。

綜合發電機相關參數與頻譜分析，結合發電機地腳與臺板之間的墊片接觸面積小，并且電機軸承安裝在端蓋上的情況，可以確定熱電聯產電機本體部分無明顯異常，電機振動大的原因在于存在一定程度的轉子不對中并且找正時電機地腳所采用的墊片較小且不是完整的整塊墊片，發電機底座與臺板的接觸面積小，造成發電機支承剛度差。

3 處理措施

對熱電聯產汽輪發電機組重新找正，重新制作尺寸大小合適的墊片。

找正時應注意以下事項。

(1)測量徑向的百分表測量桿應垂直軸線，其中心要通過軸心，徑向表讀數上下之和與左右之和應相差不多。

(2)軸向測量應該用兩個百分表，放在同一直徑上，并離中心距離相等，測量完后兩軸向表數據應相同。

(3)裝好后要試轉一周，回到原來位置時，測量徑向的百分表應復原。

(4)發電機所加墊片原則不應超過3片，且與發電機接觸面積不應低于80%。

(5)找正順序:先調左右后調上下，先調遠的后調近的，先調面距后調圓距[2]。

經重新找正并更換合適墊片后，發電機振動數值合格，發電機振動隨負荷增加而增大的缺陷消除，發電機驅動端#3軸承振動值水平17 μm、垂直28 μm、軸向24 μm，非驅動端#4軸承振動值水平13 μm、垂直21 μm、軸向16 μm，發電機軸承振動合格。

4 結論

采用振動診斷技術，找到供熱聯產汽輪發電機組發電機振動異常增大的故障原因，進行針對性的處理，節約了檢修成本，縮短了檢修時間，使得設備能夠安全、穩定運行，提高了電廠的經濟性指標。