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

　　關鍵詞：50MW機組；振動；原因；處理

　　中圖法分類號：TK268　

　　文獻標識碼：B　

　　文章編號：1003－6954(2004)02－0021－03

　　某電廠50 MW機組是由原東德貝曼-保西工廠于1962年生產的50 MW凝汽式汽輪發電機組，機組軸系結構簡圖見圖1所示。

 

圖1　50 MW機組軸系結構示意圖

　　該機組于2002年進行大修，大修期間更換了發電機轉子線圈，2002年7月底大修后開機由于3號軸承振動較大而使機組不能升速至3 000 r/min，當時對其進行了現場高速動平衡，動平衡結果為在帶負荷觀察期間3號軸承的振動在合格的范圍內運行。在運行了約一個月之后，該機組于2002年9月初又出現了3號軸承振動較大以至于不能升速到3 000 r/min的情況，于是又對其進行了處理。進入2003年3月，由于電氣方面的原因機組在3 000 r/min下空轉了較長時間也未能并網，機組來回幾次升降速后3號軸承振動出現較大的現象，以至Z后由于3號軸承的振動較大而使機組無法帶負荷，于是又對3號軸承的振動進行了處理。

　　1　原始振動情況

　　大修后機組于2002年7月29日次開機，當機組升速至2 750 r/min時，3號軸承振動已達129 μm，考慮到是大修后次開機，機組可能存在摩擦和膨脹不暢，于是決定停機后重新暖機升速。第二次開機當轉速升至2 750 r/min時，3號軸承振動更大達到了140 μm，第二次開機過程機組的原始振動見表1。

表1　機組原始振動

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

 

圖2　開機過程3號軸承振動瀑布圖

　　在排除了軸承座連接剛度方面的原因后，可以認為3號軸承振動過大的原因是由于發電機轉子上存在質量不平衡引起的。通過對機組3號軸承和4號軸承振動的分析，發現機組存在比較明顯的二階振動；同時對3號軸承的振動波德圖（見圖3）分析，可以看出機組在接近3 000 r/min時軸承的振動存在一個急劇增加過程，故機組在接近3 000 r/min時存在共振現象。

 

圖3　開機過程3號軸承振動波德圖

　　由于3號軸承在3 000 r/min左右存在共振區域，即使轉子本身的不平衡量不大，由于共振的放大作用，機組也可能產生較大的振動，在這種情況之下，軸承振動對轉子的質量不平衡特別敏感，如果轉子的不平衡量較大，則機組的振動可能會異常大，這就是3號軸承振動較大的根本原因。

　　2　振動處理過程

　　針對上面的情況，如果采取對癥下藥的方法，則應該改變發電機的二階臨界轉速，使其遠離發電機的工作轉速，但這顯然不是一件容易的事情。于是決定從減小發電機轉子質量不平衡量方面入手。通過對機組原始振動的分析，可以看到3號軸承的振動比2號軸承和4號軸承的振動明顯大得多，所以可以認為轉子的質量不平衡主要來自于發電機靠3號軸承側，所以決定在發電機轉子上靠3號軸承側的平衡槽內進行加重。現場高速動平衡試驗過程2、3和4號軸承的振動數據見表2。機組次升速到2 750 r/min時3號軸承的振動已接近150 μm（見表2中序號1），只能降速停機，停機打開發電機人孔門后發現平衡槽內原有加重已經有1 kg左右，于是決定先取下一些平衡塊后再開機。取下一部分原有加重后3號軸承的振動在機組轉速到2 750 r/min時為30 μm左右，到3 000 r/min時仍達到了130 μm（見表2中序號2）。由于在3 000 r/min時機組的振動還比較大，于是進行加重處理，在加重503 g∠280°(文中試加重角度均以鑒相器為準逆轉向計算)后3號軸承的振動在合格范圍內（見表2中序號3），當天交由電氣進行試驗。第二天機組重新開機，到3 000r/min時3號軸承的振動較前一天大（見表2中序號4），接近60μm，為了觀察軸承振動的變化情況，機組在3 000 r/min空轉情況運行近兩小時，3號軸承的振動變化到接近80 μm，而且相位也有較大變化，變化過程見圖4，可見振動的變化較大，所以可以肯定發電機受熱后存在較大的變形。

  

圖4　3 000 r/min空轉時3號軸承振動

　　由于3號軸承的振動仍然較大，而且發電機存在熱變形，于是再次對試加重進行調整，調整試加重后機組的振動見表2中序號5，從表中可見3號軸承的振動在機組剛到3 000 r/min時較小，帶負荷后振動逐漸增大，Z后接近90 μm，不得不再次停機對試加重進行調整。此次試加重帶負荷過程3號軸承振動變化趨勢見圖5所示，從圖中可以清晰地看見軸承振動的變化過程，進而再次證明了發電機存在熱變形現象。

 

圖5　帶負荷過程3號軸承振動向量圖

　　根據上述情況，如果3號軸承在3 000 r/min空轉時振動較小，由于發電機熱變形會使振動變到一個較大的值 ；針對此現象 ，根據3號軸承振動的變化趨勢，如果機組在3 000 r/min空轉時事先給予一個與其振動變化趨勢相反的振動，那么機組帶負荷后振動就會逐漸變小，由于機組不可能在3 000 r/min長時間空轉，所以空轉時振動大一些是可以接受的，只要能夠保證機組帶負荷期間振動在合格范圍內就可以了。根據上述思路，于是決定再次調整試加重，本次試加重為503 g∠215°，試加重后的效果見表2中序號

表2　動平衡過程一覽表

 

 

　　圖6　帶負荷過程3號軸承振動向量圖

　　正如事先預見的一樣，在3 000 r/min時3號軸承振動較大，帶負荷后振動逐漸變小。3號軸承振動在整個帶負荷過程的變化趨勢見圖6所示，可見機組的振動情況良好，試驗過程到此為止。

3　結論

　　通過上面對該機組振動原因的分析及實施動平衡試驗過程來看，認為該機組3號軸承振動較大的原因是由以下三方面相互作用而引起：1）機組在3 000 r/min左右存在一個共振區，任何較小的質量不平衡都可能引起較大的振動。2）發電機轉子本身存在一定質量的不平衡量，在共振區域下運行將產生較大的振動。3）發電機轉子受熱后質量分布發生改變，這將引起機組帶負荷后振動變化。