汽輪發電機振動異常診斷及處理探究

劉玉新

摘 要 汽輪發電機運行過程中經常會出現振動異常的情況，而產生振動異常的原因往往是多方面的，應用單一的手段無法直接有效地找到異常原因。因此，需要綜合應用試驗、推導及檢測等手段，以此實現故障排查與處理。本文以具體的汽輪發電機振動異常案例為切入點，重點從試驗排查、建模推導及實體檢測等方面對振動異常原因進行分析判斷，最后就故障原因提出針對性的處理方案，旨在為相關的從業人員提供參考性意見。

關鍵詞 汽輪發電機;振動異常;診斷;支撐剛度

傳統的汽輪發電機振動異常診斷方式缺乏綜合性應用，往往只是依靠簡單直觀的手段進行原因排查，只能找出部分原因，縮小分析范圍，無法實現多角度分析，也就導致實際探尋故障原因存在一定的局限性[1]。隨著現代技術的發展，汽輪發電機振動異常診斷也趨于多元化和多角度，所得到的診斷結果也更加全面有效，對于后續的故障維修處理具有較高的參考價值，逐漸得到廣泛的推廣應用。

1汽輪發電機振動異常案例分析

某廠現擁有300MW火電機組，汽輪機型為亞臨界、一次性中間再熱、抽汽凝汽式汽輪機，發電機型號為水氫氫自并勵型。300MW火電機組的結構為高、中壓合缸結構，低壓缸按照雙流反向進行布置，發電機組的支持軸承共計6個。其中的1號和2號支持軸承為非對稱可傾瓦軸承，3號和4號支持軸承是帶球面軸瓦套的橢圓軸承，而5號和6號支持軸承是目前市面最為普通的橢圓軸承。實際運行過程中發現，當第1階和第2階的轉速分別達到1000～1400r/min、1700～1956r/min時，3號支持軸承出現了振幅偏大的情況，同時6號支持軸承出現較大程度的振動異常情況，其與支持軸承未出現異常。

2汽輪發電機振動異常診斷

2.1 汽輪發電機振動異常原因排查

此次在開展汽輪發電機振動異常排查過程中，主要應用的排查手段有勵磁電流試驗、負荷試驗、轉速試驗及潤滑油膜試驗這四種。

在勵磁電流試驗環節，首先加入勵磁電流，對檢查汽輪發電機振動是否發生變化進行檢查明確，而后增大汽輪發電機振動，記錄對汽輪發電機振動的變化情況進行記錄[2]。通過試驗發現3號和6號支持軸承振動并未出現變化，因而排除電氣磁場不平衡而引發振動的這一種故障情況。負荷試驗的目的在于判斷汽輪發電機振動是否與轉子質量不平衡、熱膨脹及轉子不對稱等存在關聯[3]。試驗結果顯示，隨著負荷的增大，汽輪發電機振動也出現增大，與熱膨脹沒有直接和間接的關系。激振源表現轉子存在不對中的特征。在潤滑油膜試驗中，首先將軸承潤滑油壓控制在0.14～0.18MPa，油膜建立則通過改變油溫和調整油黏度的方式實現，最后選取27℃和37℃進行試驗，發現3號和6號支持軸承振動未發生變化。在轉速試驗中獲得了3號和6號支持軸承發熱振動規律。在0～3000r/min升速過程中，3號支持軸承并未出現明顯異常的振動，座振隨瓦同步。6號支持軸承在0～2600r/min升速之間，隨著轉速的不斷增加，座振也會逐漸增大，呈正相關關系，不過軸振動卻逐漸變小，待達到2600r/min時，支持軸承的振幅值幾近于零。而當2600～3000r/min升速之間時，座振和振幅值均不同程度的增加，差值可以維持在30μm上下。

結合四種試驗手段可以得出，3號和6號支持軸承偏大的原因是因為低壓缸轉子和發電機轉子不對中。但通過轉速試驗無法找出6號支持軸承詳細的座振幅關系和軸承振幅值之間的對應關系，因而需要進行必要的建模和推導處理。

2.2 汽輪發電機振動異常原因分析

為了更好地開展本次振動異常原因分析，本次所建立的模型只對垂直方向的振動進行考量。假設在頻率為的不平衡力作用下，轉子振動幅值設定為yr，軸承座的振動幅值設定為yb，轉子偏心設定為e，則經過轉子-軸承平衡方程及軸承-支撐平衡方程結合計算后可以得到公式：

公式（1）中的mr表示轉子的質量（kg），yb為座振幅值（m），k表示油膜剛度（N/m），yr表示軸振幅值（m）。公式（2）中的mb表示軸承座質量（kg），kb表示支撐剛度（N/m）。通過推導軸振幅值和座振幅值之間的關系，最后得到所需要的軸振幅值和座振幅值與油膜強度、支撐剛度、軸承質量及振動頻率之間的關系，即公式：。分析公式可以發現，如果kb-mb2≈0，Y≈0時，軸振便接近于0，瓦振遠大于軸振[4]。按照轉速試驗中所設定的2600r/min，假定Y≈0，代入公式則可以得到=。表明支撐系統的固有頻率處于機組正常的運行頻率范圍內，轉速試驗現象與建模推導所得到的結果吻合。在完成所有的理論測試后，又對汽輪發電機組進行了實體檢測。在混凝土框架及地板等檢測中發現，混凝土的強度均大于C40，滿足實際設計需求;二次灌漿料密實度檢測中發現，汽輪發電機組右側的1-6螺栓間與發電機組接觸的二次灌漿提之間存在較大的氣隙，因為氣隙的存在，發電機組基座局部與基礎連接不牢固，最終導致整體的支撐系統剛度無法滿足設計要求。

經過系統的試驗驗證及實體檢測可以明確得到3號支持軸承和6號支持軸承出現故障的根本原因，即轉子不對中，6號支持軸承還受到二次灌漿體的氣隙的影響。

3汽輪發電機振動異常處理方案

在明確汽輪發電機組振動異常的原因后，即可以針對性的制定針對性的處理方案。針對3號和6號軸振偏大的故障，要求數據測量必須采用千分表，而后打開3號和6號支持軸承箱，對箱內原始的對中數據進行精準測量，對對中數據進行分析，制定控制誤差的方案，確保誤差盡量小，最后為發電機組轉子預留足夠的量，并對發電機組的側面瓦塊進行做適當調整。6號支持軸承振動異常的問題需要重點進行處理，首先將氣隙的二次灌漿部分全部打掉，由專業的施工單位重新進行灌漿澆筑，且在灌漿過程中進行充分的振搗處理，確保可以充分消除局部存在的氣隙，最后進行養護工作，避免混凝土出現裂隙。

經過故障處理，汽輪發電機組振動故障消失，一段時間運行也未出現振動故障，表明這種故障檢測方式與處理方案均具有良好的科學性。總的來說，本次故障處理所取得的成效主要有以下幾方面：①在調整前轉子中心的誤差為41μm，遠高于說明書中規定的20μm要求，經過調整處理，轉子中心誤差下降至12μm，優于說明書規定的20μm要求;②二次灌漿完成后通過強度測定，發現二次灌漿體強度大于C40，超聲脈沖儀檢測發現二次灌漿的成型良好，并未出現氣隙和異常情況;③通過轉速試驗中可以看出，當處于0～3000r/min升速過程時，3號和6號支持軸承的軸承振動穩定，無任何振動異常產生，且座振動可以與瓦振同步。當處于2600r/min時，6號支持軸承的軸振和座振均發生了一定程度的變化，數值更趨于平均;④在隨后所開展的負荷試驗中發現，當在50～300MW升負荷過程中，3號與6號支持軸承均未出現振動異常，處于穩定狀態，且減負荷振動幅值也未出現明顯的變化，遠優于原始最大增幅60μm。

4結束語

汽輪發電機組振動異常情況發生的原因眾多，傳統的單一檢測手段雖然可以找到故障發生的原因，但往往存在的誤差，無法真正做到綜合檢測。而本次故障診斷所采用的勵磁電流試驗、負荷試驗、潤滑油膜試驗及轉速試驗可以對振動異常進行全面系統的檢查分析，在解決復雜振動異常問題中起到了非常重要的作用。在故障處理中，通過對出現故障的支持軸承進行針對性優化處理，減小了發電機組轉子和低壓缸轉子的中心誤差。在各項調整處理工作完成后，經過系統檢測所有的振動異常故障全部消失，振動幅值滿足設計標準和規范標準要求，為后續類似的汽輪發電機組振動故障診斷及處理積累了豐厚的經驗。

參考文獻

[1] 陸頌元，吳崢峰.汽輪發電機組振動故障診斷及案例[J].汽輪機技術，2018，232（1）：84.

[2] 蔡國娟.30MW汽輪發電機組振動原因分析及處理[J].山東化工，2019，48（4）：118-125.

[3] 何新榮，譚銳，郭嘉，等.某600MW超臨界汽輪發電機組軸系振動異常分析及治理[J].電站系統工程，2019，35（2）：53-56.

[4] 郭大泉，岑黎明，余磊，等.汽輪發電機組半頻振動的原因分析和處理[J].船舶工程，2019，41（3）：64-66.