摘要：詳細(xì)分析了某電廠50 MW機(jī)組3號軸承振動(dòng)的原因，并介紹了其振動(dòng)處理過程以及處理過程中遇到的一些問題，指出機(jī)組的振動(dòng)主要是由于質(zhì)量不平衡、3 000 r/min存在共振以及發(fā)電機(jī)存在較大的熱變形引起的。

　　關(guān)鍵詞：50MW機(jī)組；振動(dòng)；原因；處理

　　中圖法分類號：TK268　

　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B　

　　文章編號：1003－6954(2004)02－0021－03

　　某電廠50 MW機(jī)組是由原東德貝曼-保西工廠于1962年生產(chǎn)的50 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)簡圖見圖1所示。

圖1　50 MW機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意圖

　　該機(jī)組于2002年進(jìn)行大修，大修期間更換了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，2002年7月底大修后開機(jī)由于3號軸承振動(dòng)較大而使機(jī)組不能升速至3 000 r/min，當(dāng)時(shí)對其進(jìn)行了現(xiàn)場高速動(dòng)平衡，動(dòng)平衡結(jié)果為在帶負(fù)荷觀察期間3號軸承的振動(dòng)在合格的范圍內(nèi)運(yùn)行。在運(yùn)行了約一個(gè)月之后，該機(jī)組于2002年9月初又出現(xiàn)了3號軸承振動(dòng)較大以至于不能升速到3 000 r/min的情況，于是又對其進(jìn)行了處理。進(jìn)入2003年3月，由于電氣方面的原因機(jī)組在3 000 r/min下空轉(zhuǎn)了較長時(shí)間也未能并網(wǎng)，機(jī)組來回幾次升降速后3號軸承振動(dòng)出現(xiàn)較大的現(xiàn)象，以至Z后由于3號軸承的振動(dòng)較大而使機(jī)組無法帶負(fù)荷，于是又對3號軸承的振動(dòng)進(jìn)行了處理。

　　1　原始振動(dòng)情況

　　大修后機(jī)組于2002年7月29日次開機(jī)，當(dāng)機(jī)組升速至2 750 r/min時(shí)，3號軸承振動(dòng)已達(dá)129 μm，考慮到是大修后次開機(jī)，機(jī)組可能存在摩擦和膨脹不暢，于是決定停機(jī)后重新暖機(jī)升速。第二次開機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速升至2 750 r/min時(shí)，3號軸承振動(dòng)更大達(dá)到了140 μm，第二次開機(jī)過程機(jī)組的原始振動(dòng)見表1。

表1　機(jī)組原始振動(dòng)

　　通過對兩次開機(jī)過程3號軸承振動(dòng)的瀑布圖（見圖2所示）分析，可以看出機(jī)組的振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。

圖2　開機(jī)過程3號軸承振動(dòng)瀑布圖

　　在排除了軸承座連接剛度方面的原因后，可以認(rèn)為3號軸承振動(dòng)過大的原因是由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上存在質(zhì)量不平衡引起的。通過對機(jī)組3號軸承和4號軸承振動(dòng)的分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在比較明顯的二階振動(dòng)；同時(shí)對3號軸承的振動(dòng)波德圖（見圖3）分析，可以看出機(jī)組在接近3 000 r/min時(shí)軸承的振動(dòng)存在一個(gè)急劇增加過程，故機(jī)組在接近3 000 r/min時(shí)存在共振現(xiàn)象。

圖3　開機(jī)過程3號軸承振動(dòng)波德圖

　　由于3號軸承在3 000 r/min左右存在共振區(qū)域，即使轉(zhuǎn)子本身的不平衡量不大，由于共振的放大作用，機(jī)組也可能產(chǎn)生較大的振動(dòng)，在這種情況之下，軸承振動(dòng)對轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡特別敏感，如果轉(zhuǎn)子的不平衡量較大，則機(jī)組的振動(dòng)可能會(huì)異常大，這就是3號軸承振動(dòng)較大的根本原因。

　　2　振動(dòng)處理過程

　　針對上面的情況，如果采取對癥下藥的方法，則應(yīng)該改變發(fā)電機(jī)的二階臨界轉(zhuǎn)速，使其遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，但這顯然不是一件容易的事情。于是決定從減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡量方面入手。通過對機(jī)組原始振動(dòng)的分析，可以看到3號軸承的振動(dòng)比2號軸承和4號軸承的振動(dòng)明顯大得多，所以可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡主要來自于發(fā)電機(jī)靠3號軸承側(cè)，所以決定在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上靠3號軸承側(cè)的平衡槽內(nèi)進(jìn)行加重?，F(xiàn)場高速動(dòng)平衡試驗(yàn)過程2、3和4號軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。機(jī)組次升速到2 750 r/min時(shí)3號軸承的振動(dòng)已接近150 μm（見表2中序號1），只能降速停機(jī)，停機(jī)打開發(fā)電機(jī)人孔門后發(fā)現(xiàn)平衡槽內(nèi)原有加重已經(jīng)有1 kg左右，于是決定先取下一些平衡塊后再開機(jī)。取下一部分原有加重后3號軸承的振動(dòng)在機(jī)組轉(zhuǎn)速到2 750 r/min時(shí)為30 μm左右，到3 000 r/min時(shí)仍達(dá)到了130 μm（見表2中序號2）。由于在3 000 r/min時(shí)機(jī)組的振動(dòng)還比較大，于是進(jìn)行加重處理，在加重503 g∠280°(文中試加重角度均以鑒相器為準(zhǔn)逆轉(zhuǎn)向計(jì)算)后3號軸承的振動(dòng)在合格范圍內(nèi)（見表2中序號3），當(dāng)天交由電氣進(jìn)行試驗(yàn)。第二天機(jī)組重新開機(jī)，到3 000r/min時(shí)3號軸承的振動(dòng)較前一天大（見表2中序號4），接近60μm，為了觀察軸承振動(dòng)的變化情況，機(jī)組在3 000 r/min空轉(zhuǎn)情況運(yùn)行近兩小時(shí)，3號軸承的振動(dòng)變化到接近80 μm，而且相位也有較大變化，變化過程見圖4，可見振動(dòng)的變化較大，所以可以肯定發(fā)電機(jī)受熱后存在較大的變形。

圖4　3 000 r/min空轉(zhuǎn)時(shí)3號軸承振動(dòng)

　　由于3號軸承的振動(dòng)仍然較大，而且發(fā)電機(jī)存在熱變形，于是再次對試加重進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整試加重后機(jī)組的振動(dòng)見表2中序號5，從表中可見3號軸承的振動(dòng)在機(jī)組剛到3 000 r/min時(shí)較小，帶負(fù)荷后振動(dòng)逐漸增大，Z后接近90 μm，不得不再次停機(jī)對試加重進(jìn)行調(diào)整。此次試加重帶負(fù)荷過程3號軸承振動(dòng)變化趨勢見圖5所示，從圖中可以清晰地看見軸承振動(dòng)的變化過程，進(jìn)而再次證明了發(fā)電機(jī)存在熱變形現(xiàn)象。

圖5　帶負(fù)荷過程3號軸承振動(dòng)向量圖

　　根據(jù)上述情況，如果3號軸承在3 000 r/min空轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)較小，由于發(fā)電機(jī)熱變形會(huì)使振動(dòng)變到一個(gè)較大的值 ；針對此現(xiàn)象 ，根據(jù)3號軸承振動(dòng)的變化趨勢，如果機(jī)組在3 000 r/min空轉(zhuǎn)時(shí)事先給予一個(gè)與其振動(dòng)變化趨勢相反的振動(dòng)，那么機(jī)組帶負(fù)荷后振動(dòng)就會(huì)逐漸變小，由于機(jī)組不可能在3 000 r/min長時(shí)間空轉(zhuǎn)，所以空轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)大一些是可以接受的，只要能夠保證機(jī)組帶負(fù)荷期間振動(dòng)在合格范圍內(nèi)就可以了。根據(jù)上述思路，于是決定再次調(diào)整試加重，本次試加重為503 g∠215°，試加重后的效果見表2中序號

表2　動(dòng)平衡過程一覽表

　　圖6　帶負(fù)荷過程3號軸承振動(dòng)向量圖

　　正如事先預(yù)見的一樣，在3 000 r/min時(shí)3號軸承振動(dòng)較大，帶負(fù)荷后振動(dòng)逐漸變小。3號軸承振動(dòng)在整個(gè)帶負(fù)荷過程的變化趨勢見圖6所示，可見機(jī)組的振動(dòng)情況良好，試驗(yàn)過程到此為止。

3　結(jié)論

　　通過上面對該機(jī)組振動(dòng)原因的分析及實(shí)施動(dòng)平衡試驗(yàn)過程來看，認(rèn)為該機(jī)組3號軸承振動(dòng)較大的原因是由以下三方面相互作用而引起：1）機(jī)組在3 000 r/min左右存在一個(gè)共振區(qū)，任何較小的質(zhì)量不平衡都可能引起較大的振動(dòng)。2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定質(zhì)量的不平衡量，在共振區(qū)域下運(yùn)行將產(chǎn)生較大的振動(dòng)。3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱后質(zhì)量分布發(fā)生改變，這將引起機(jī)組帶負(fù)荷后振動(dòng)變化。