核電站半速汽輪發電機組振動診斷與處理

黃前進 劉 濤 王衛東

大亞灣核電運營管理有限責任公司 廣東深圳市

1.概述

核電站半速汽輪發電機組是東方電氣與ALSTOM聯合設計制造的1086.94MW機組，高中壓合缸，兩個低壓缸為雙流對稱布置。發電機是4極半轉速同步發電機，轉子軸頭懸掛帶有旋轉整流器的無刷勵磁

機。汽輪發電機組軸系（圖1）總長度約55m，共設計有8個支撐軸承，均為3瓦塊結構的可傾瓦，汽輪發電機組基礎采用彈性隔振基礎。

自機組首次沖轉以來，一直存在2號低壓轉子振動偏高問題，其中測點6水平向振動（6H）定速時接近報警值90μm，降速過臨界振動時達180μm；機組小修期間，在低壓轉子兩端平衡盤上對稱加重1490g，動平衡后機組再啟動過臨界轉速及定速時振動均大幅度改善，取得良好效果。

圖1 軸系結構圖

2.振動分析診斷

自機組首次沖轉以來，2號低壓轉子兩端測點5、側點6初軸振動一直偏大，其中6H空載振動接近報警值90μm，帶負荷之后振動有所緩解但仍處于高位，過臨界轉速時6H軸振動接近180μm（打閘限值250μm）。從表1數據和圖2波特圖可以看出，6H幅值相位穩定，且以工頻分量為主，說明低壓轉子存在著質量不平衡，需要通過動平衡的方法加以解決。

表1 動平衡前振動數據 μm∠°

圖2 6H軸振動波特圖

按照全速機低壓缸的振動處理經驗來看，低壓缸過臨界振動和工作轉速振動的處理方式是不同的，前者主要受一階振型影響，需要在轉子兩端對稱加重，同時全速機組的工作轉速介于一階和二階臨界轉速之間，其振動更多的是受二階振型影響，轉子兩端振動呈反相，需要在兩端反對稱加重來平衡。而半速機在工作轉速同樣也介于一階和二階臨界轉速之間，是否也可以按照全速機的經驗來平衡，這里對其工作轉速下的振動進行具體分析，以判定主要受一階還是二階振型影響，來決定平衡方式。

按照出廠資料介紹，該低壓缸一階臨界轉速為1097r/min，二階臨界轉速為2144r/min，所以工作轉速1500r/min介于兩者之間并更接近一階臨界區域；究竟是否一階振動占主導地位，還需要進一步觀察轉子兩端的振動相位以及沖轉過程的波特曲線變化情況。

首先觀察該低壓缸兩端的振動相位，從表1的數據可以看到，兩端軸振相位非常接近，6H和5H振分別為60μm∠358°和16μm∠4°，其中同相分量計算為38μm∠0°，反相分量為22μm∠176°，同相分量占相對主導成分；但據此判斷不平衡主要受一階振型影響的理由也并不充分，因為振動相位既受主導振型影響，同時也受軸承支持狀況的影響，并不能完全以相位來判斷振型，還需要繼續觀察沖轉過程中的振動變化情況來做進一步判斷。

圖2所示為測點6H的波特圖，值得注意的是圖中1000r/min至1200r/min之間的兩處明顯峰值，都是由低壓缸的一階振動所引起，只不過是由于水平和垂直方向的剛度差異造成了兩個方向振動的耦合現象，從水平和垂直方向同時可以采集到兩處峰值，而水平向剛度較垂直向剛度低，所以轉速較低處的峰值即為水平向臨界轉速，而較高者則為垂直向臨界轉速，兩者分別為1070r/min和1170r/min。從該波特曲線可以看出在一階臨界區之前振動相對較低，在一階臨界區振動到達峰值，之后振動緩慢下降直至定速，顯示一階振型的影響在逐漸減弱，但并未完全消失，而二階振型的影響還沒有顯現。

為了詳細分析，再觀察圖3中的同相分量波特圖，在一階臨界區域到達峰值后振動開始下降，但并未恢復到之前幅值，顯示工作轉速下仍有相當部分的一階振型成分，這與前述提及的同相分量較大是相吻合的。再看反相分量波特圖，雖然工作轉速下也占一定比例，但在整個沖轉過程中起伏很小，顯示二階振型遠未激起，該低壓缸工作轉速下的振動主要還是受一階振型的影響。

3.處理措施

綜上所述，該低壓缸工作轉速下振動高和過一階臨界振動高都是受一階振型影響，可以把兩個問題合并處理。

一階振型的不平衡，可以通過在低壓缸跨中或兩端對稱加重的方式解決，跨中位置加重一般在制造廠使用，現場一般選擇低壓缸兩側平衡盤位置加重，只需打開平衡手孔即可操作。綜合過臨界振動和定速振動，并考慮并網升功率后的熱變量，指導原則是在保證機組順利啟動并網的前提下，振動能有所降低，故加重量有所保守，最終實際在2號低壓轉子兩端平衡盤上各加重 1490g，角度 65°。

圖3 測點5H、6H軸振動同反相波特圖

動平衡之后，機組于啟動剛定速時6H軸振動約為51μm，較動平衡之前降幅達到50%；滿負荷工況下5V和6V軸振均在50μm以下，振動數據見表2。

表2 動平衡后軸振動數據 μm∠°

4.總結

全速機組的低壓轉子振動，工作轉速下受二階振型影響較大，通常需要用反對稱加重來處理，而此次核電半速機低壓缸的首次啟動過程中，呈現出一階臨界振動和工作轉速振動都大的振動特點，通過對振動幅值相位和同相反相波特圖的綜合分析，判斷出半速機工作轉速下的有效振型，分析其工作轉速振動主要受一階振型影響，最終以轉子兩端對稱加重的方法同時解決，這為日后同型機組的動平衡處理提供了寶貴經驗。

1 寇勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡.中國電力出版社，2007

2 王延博，康鳳霞.振型波特曲線理論及其在軸系現場動平衡中的應用.機械強度，2006，28（1）