某臺汽輪發電機聯軸器不對中振動故障的診斷處理

郭玉杰，李克，石峰，杜新定

(1.河南省電力公司電力科學研究院，鄭州 450052；2.大唐三門峽發電有限責任公司，河南 三門峽 472143; 3.大唐洛陽首陽山發電有限責任公司，河南 洛陽 471900)

汽輪發電機組的振動超標故障大多數發生在帶負荷運行過程中，但有時也會發生在啟動升速過程中。啟動升速過程中的振動故障基本上由動靜碰磨、軸承故障、質量不平衡、不對中、支撐部件松動等機械因素造成。有些故障由單一因素造成，有些則由多種因素引起，各因素相互影響，可能需要2～3次啟動升速，逐步消除振動故障，才能完成機組的振動故障診斷與處理。

聯軸器不對中主要由制造工藝不良、運行工況大幅度變化和檢修工藝等多種原因造成，是引起機組振動故障的主要原因之一。聯軸器有剛性聯軸器和撓性聯軸器，不同形式聯軸器的振動特征不同，處理方法亦不同[1-4]。

針對某臺機組檢修后在啟動升速過程中的振動超標故障，首先消除了動靜碰磨故障，然后指出了勵磁機振動原因是撓性聯軸器不對中。經現場調整后，完全消除了機組的振動故障。

1 機組振動測試

該機組是國產亞臨界330 MW汽輪發電機組，汽輪機型式為亞臨界中間再熱雙缸雙排汽凝汽式，發電機冷卻方式為水氫氫。該機組共有10套支承軸承，機組軸系如圖1所示。1#，2#軸承為支承汽機高中壓轉子的落地軸承；3#，4#軸承為汽機低壓轉子的2個坐落在排汽缸上的支承軸承；5#，6#軸承為支承發電機轉子的端蓋軸承；7#，8#軸承為支承主勵磁機轉子的落地軸承；9#，10#軸承為支承副勵磁機轉子的端蓋軸承。

圖1 機組軸系簡圖

機組振動測點布置如下：1#～6#軸承均安裝2個電渦流傳感器，2個渦流傳感器相互垂直，自汽輪機向發電機方向看，左45°為x向，右45°為y向。為了測試主勵磁機的振動，臨時在7#，8#軸承上安裝了1個振動速度傳感器。

2011年6月29日，該機組檢修結束。本次檢修工作主要有揭高中壓汽缸、檢查7#和8#軸承軸瓦等。

1.1 第1次啟動升速過程

2011年6月29日12：22，機組沖轉。13：04機組定速2 000 r/min，6x，6y軸振動分別為79和90 μm，振動隨時間有逐步降低的趨勢；13：22分別穩定在39和35 μm(圖2)。根據6x，6y軸振動隨時間變化的特點，主要表現為振動隨時間的不穩定性和可逆性，但是相位變化較小，同時現場有明顯的異常聲和膠木“燒焦”氣味，再結合該測點的歷史數據，判斷6#軸承附近動靜碰磨。7#和8#軸承垂直振動分別為130 和110 μm。暖機過程中，7#，8#軸承垂直振動沒有減小趨勢。15：24打閘停機。

圖2 6x，6y軸振動隨時間變化的趨勢圖

檢查發現6#軸承附近滑環外罩支撐膠木板與軸碰磨，對其進行了打磨處理。為排除動靜碰磨的影響，決定下次啟動時暫時不安裝滑環外罩。

1.2 第2次啟動升速過程

2011年6月29日22∶32，機組沖轉。22∶45機組定速2 000 r/min，7#，8#軸承垂直振動分別為28 和13 μm；23∶48分別穩定在29和11 μm；23∶49開始升速，2 300 r/min后振動隨轉速升高而增大，2 474 r/min時7#和8#軸承垂直振動分別為102和155 μm，打閘停機。7#和8#軸承振動變化如圖3和圖4所示。振動頻譜上，7#和8#軸承振動分別為108和148 μm，主頻率是基頻(分別為60和51 μm)，但存在很多高次諧波。

圖3 7#，8#軸承振動隨轉速變化的波德圖

圖4 7#，8#軸承垂直振動的頻譜圖

與上次啟動定速2 000 r/min對比，7#和8#軸承振動大小類似，略有降低。但是振動現象又有所變化，出現了隨轉速升高而振動同步增大的新問題。檢查發現勵磁機兩側端蓋碰磨，需進行調整處理。

1.3 第3次啟動升速過程

2011年6月30日6∶15，為排除碳刷對機組振動的影響，現場拆除了碳刷。機組沖轉，6∶33機組定速2 000 r/min，7#和8#軸承垂直振動分別為25和12 μm。6∶48開始升速，振動現象與上次類似，即2 300 r/min后振動隨轉速升高而增大，2 438 r/min時7#和8#軸承垂直振動分別為74和87 μm，打閘停機。

2 振動原因分析與處理

機組振動主要表現在7#，8#軸承上，振動性質為不穩定普通強迫振動，頻譜圖中沒有低頻振動分量，說明振動不是軸瓦自激振動造成的，可以排除軸瓦缺陷、潤滑不良等。

從機組振動發生的部位上判斷，故障部位應位于7#，8#軸承附近，相鄰的發電機轉子兩端軸振動基本上沒有變化，可以明確故障源不在發電機轉子上。

振動隨轉速升高而同步變化，考慮到并網之前出現的振動故障，可排除電氣因素，說明引起機組振動的原因是機械因素：質量不平衡和聯軸器不對中。結合本次檢修的情況，也沒有引起勵磁機質量不平衡問題的相關工作，也就是說勵磁機無質量不平衡問題。因此認為引起7#，8#軸承振動的原因是發電機-勵磁機聯軸器不對中。發電機-勵磁機聯軸器結構如圖5所示，該型聯軸器是波形節聯軸器，是撓性聯軸器的一種形式。

圖5 聯軸器示意和測量面圖

查閱機組檢修記錄，為了檢查勵磁機轉子外觀和兩端軸承，檢修中拆下了電端聯軸器的螺栓，而勵端聯軸器螺栓沒有進行相關檢查工作。拆卸、安裝聯軸器過程可能會造成聯軸器同心度發生變化，甚至同心度超標。因此，檢查的重點是電端聯軸器的晃度，測量面為A和B。聯軸器共有10個螺栓，如圖6所示，晃度測量以螺栓為參考點，也就是說測量位置與螺栓一致。測量結果見表1。

圖6 晃度測量示意圖

表1 檢修前后A，B測量面晃度值 mm

從表1中可以看出，4-9測量面相對晃度為0.15 mm，而制造廠家規定撓性聯軸器徑向晃度應小于0.05 mm，說明該值明顯超標，直接導致了發電機-勵磁機波形節聯軸器的不對中，聯軸器不對中會產生激振力，導致聯軸器兩側的轉子振動，導致軸或者軸承振動增大，與分析結果基本符合。

考慮到汽輪機汽缸溫度高的實際情況，決定在盤車狀態下進行晃度調整，盤車轉速為3～4 r/min，轉速相對較低，可以間斷進行檢修調整，最終將4-9測量面相對晃度降低為0.07 mm。

2011年6月30日20∶20，機組沖轉。20∶38機組定速2 000 r/min， 7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動分別為23，15和15 μm。隨后開始升速，在2 547 r/min下勵磁機振動出現峰值，7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動分別為43，33和52 μm，機組振動合格。具體振動變化如圖7所示。

圖7 7#，8#軸承振動隨轉速變化的波德圖

空負荷3 000 r/min下，7#，8#軸承水平和7#軸瓦垂直振動分別為23，10和27 μm，說明機組振動良好。帶負荷運行中勵磁機振動穩定，與空負荷時對比，基本上變化不大。

3 結束語

(1)該型機組檢修后的振動故障是由動靜碰磨和發電機-勵磁機波形節聯軸器不對中2種因素共同引起的，2種因素相互影響，需要一個一個逐步分析排除。通過3次啟動升速的振動數據對比，首先消除了動靜碰磨，然后診斷出發電機-勵磁機波形節聯軸器的不對中。通過現場調整晃度值，消除了該機組的振動故障。

(2)該機組發電機-勵磁機波形節聯軸器振動特征與質量不平衡類似，均表現為隨轉速升高而增大，主頻率是基頻，需要結合機組結構特點和檢修情況進行綜合分析。