汽轮发电机振动异常诊断及处理探究

传统的汽轮发电机振动异常诊断方式缺乏综合性应用，往往只是依靠简单直观的手段进行原因排查，只能找出部分原因，缩小分析范围，无法实现多角度分析，也就导致实际探寻故障原因存在一定的局限性[1]。随着现代技术的发展，汽轮发电机振动异常诊断也趋于多元化和多角度，所得到的诊断结果也更加全面有效，对于后续的故障维修处理具有较高的参考价值，逐渐得到广泛的推广应用。

1 汽轮发电机振动异常案例分析

某厂现拥有300MW火电机组，汽轮机型为亚临界、一次性中间再热、抽汽凝汽式汽轮机，发电机型号为水氢氢自并励型。300MW火电机组的结构为高、中压合缸结构，低压缸按照双流反向进行布置，发电机组的支持轴承共计6个。其中的1号和2号支持轴承为非对称可倾瓦轴承，3号和4号支持轴承是带球面轴瓦套的椭圆轴承，而5号和6号支持轴承是目前市面最为普通的椭圆轴承。实际运行过程中发现，当第1阶和第2阶的转速分别达到1000～1400r/min、1700～1956r/min时，3号支持轴承出现了振幅偏大的情况，同时6号支持轴承出现较大程度的振动异常情况，其与支持轴承未出现异常。

2 汽轮发电机振动异常诊断

2.1 汽轮发电机振动异常原因排查

此次在开展汽轮发电机振动异常排查过程中，主要应用的排查手段有励磁电流试验、负荷试验、转速试验及润滑油膜试验这四种。

在励磁电流试验环节，首先加入励磁电流，对检查汽轮发电机振动是否发生变化进行检查明确，而后增大汽轮发电机振动，记录对汽轮发电机振动的变化情况进行记录[2]。通过试验发现3号和6号支持轴承振动并未出现变化，因而排除电气磁场不平衡而引发振动的这一种故障情况。负荷试验的目的在于判断汽轮发电机振动是否与转子质量不平衡、热膨胀及转子不对称等存在关联[3]。试验结果显示，随着负荷的增大，汽轮发电机振动也出现增大，与热膨胀没有直接和间接的关系。激振源表现转子存在不对中的特征。在润滑油膜试验中，首先将轴承润滑油压控制在0.14～0.18MPa，油膜建立则通过改变油温和调整油黏度的方式实现，最后选取27℃和37℃进行试验，发现3号和6号支持轴承振动未发生变化。在转速试验中获得了3号和6号支持轴承发热振动规律。在0～3000r/min升速过程中，3号支持轴承并未出现明显异常的振动，座振随瓦同步。6号支持轴承在0～2600r/min升速之间，随着转速的不断增加，座振也会逐渐增大，呈正相关关系，不过轴振动却逐渐变小，待达到2600r/min时，支持轴承的振幅值几近于零。而当2600～3000r/min升速之间时，座振和振幅值均不同程度的增加，差值可以维持在30μm上下。

结合四种试验手段可以得出，3号和6号支持轴承偏大的原因是因为低压缸转子和发电机转子不对中。但通过转速试验无法找出6号支持轴承详细的座振幅关系和轴承振幅值之间的对应关系，因而需要进行必要的建模和推导处理。

2.2 汽轮发电机振动异常原因分析

为了更好地开展本次振动异常原因分析，本次所建立的模型只对垂直方向的振动进行考量。假设在频率为ω的不平衡力作用下，转子振动幅值设定为yr，轴承座的振动幅值设定为yb，转子偏心设定为e，则经过转子-轴承平衡方程及轴承-支撑平衡方程结合计算后可以得到公式：

公式（1）中的mr表示转子的质量（kg），yb为座振幅值（m），k表示油膜刚度（N/m），yr表示轴振幅值（m）。公式（2）中的mb表示轴承座质量（kg），kb表示支撑刚度（N/m）。通过推导轴振幅值和座振幅值之间的关系，最后得到所需要的轴振幅值和座振幅值与油膜强度、支撑刚度、轴承质量及振动频率之间的关系，即公式分析公式可以发现，如果kb－mbω2≈0，Y≈0时，轴振便接近于0，瓦振远大于轴振[4]。按照转速试验中所设定的2600r/min，假定Y≈0，代入公式则可以得到表明支撑系统的固有频率处于机组正常的运行频率范围内，转速试验现象与建模推导所得到的结果吻合。在完成所有的理论测试后，又对汽轮发电机组进行了实体检测。在混凝土框架及地板等检测中发现，混凝土的强度均大于C40，满足实际设计需求；二次灌浆料密实度检测中发现，汽轮发电机组右侧的1-6螺栓间与发电机组接触的二次灌浆提之间存在较大的气隙，因为气隙的存在，发电机组基座局部与基础连接不牢固，最终导致整体的支撑系统刚度无法满足设计要求。

经过系统的试验验证及实体检测可以明确得到3号支持轴承和6号支持轴承出现故障的根本原因，即转子不对中，6号支持轴承还受到二次灌浆体的气隙的影响。

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