大型汽輪發電機結構震動故障的分析與治理

米永杰　王開瑯　范浩

摘 要：伴隨著經濟改革而來的電力行業的改革也在不斷的進行，并呈現不斷深入的狀況，越來越多的大型汽輪發電機組投入到市場的運用中。但大型汽輪發電機結構震動故障不斷頻發，直接降低了電機組的可靠性和安全性，嚴重時將會產生嚴重的事故。本文大型汽輪發電機結構震動故障診斷出發，對其進行分析，并提出一定的解決措施，以便在現場進行故障的處理，增加安全性，降低產品的維修成本。

關鍵詞：結構震動；故障分析；處理方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.156

0 引言

近年來，我國國產的一些大型汽輪發電機經常出現結構震動故障，由此引發了一系列基礎部件，例如發電機定子、臺板等的劇烈振動， 這將產生眾多的不良隱患。大型汽輪發電機結構震動故障產生的原因存在一定的相似性，這些故障的產生具有一個或者幾個相似的特征。這些特征主要有以下幾個方面的表現：（1）大型汽輪發電機結構振動發生的時間點多數表現在大修之后，僅有少數的大型汽輪發電機結構震動是在運行中逐漸發生的。（2）差別震動明顯。發電機定子在機組運行時振動表現的十分明顯，同時，定子底角、臺班、二次灌漿或者基礎的部件之間存在明顯的差別振動。（3）大型汽輪發電機結構震動的持續性。大型汽輪發電機結構震動的整個過程相對而言比較穩定，但是在震動中振幅有時候也會隨著負荷等的加大在運行中沉陷小幅度的起伏。這也導致大電機機構振動中的振動以基礎頻率為主、二倍頻率振動為輔。

1 大型汽輪發電機結構震動故障的原因分析

大型汽輪發電機的定子振動端蓋軸承振動和轉子振動沉陷相互耦合的態勢，這主要是為了縮短轉子跨距和提高冷卻的效果兩方面出發而做的改進，以此為基礎，大型汽輪發電機結構震動故障發生的原因主要如下：（1）端蓋軸承自身的設計剛度比較低。在定子中部、約占定子總重量65%的便是發電機的鐵芯，根據我們對此的了解，定子兩端的端蓋軸承呈現商橋的狀況，這主要是由于發電機定子是通過側面的地腳螺栓水平懸掛在基礎臺板上的緣故，同時定子地腳螺栓之外存在端蓋軸承的部分結構，這也是端蓋軸承設計剛度低的原因所在。（2）大型汽輪發電機在運行中存在理論和實際不符合的狀況。在發電機的設計中，為了保證定子兩端被壓實，從而盡可能的提高端蓋軸承的支撐剛度，在定子地腳和臺版之間采用階梯式墊片，這樣可以將定子的重量有序的分散在機座的每個地腳上，承受的重量也是分配適當。但是在實踐中，多數的發電機基礎存在不均勻沉降現象，并且在檢修中，出于增、減定子底角墊片厚度的考慮，使得這部分設計的理論很難在實踐中得以實現。（3）定子重量分配不合理。縱觀我國現行的大型汽輪發電機而言，這個問題比較突出。在通過對實踐中大型汽輪發電機的運行的跟蹤表明，發電機地腳螺栓呈現緊固或者是松弛的狀態，從而更好地運轉的一個很大的前提條件便是定子的重量能夠合理的分配在發電機的各個底角上，從而進行緊固或者松弛狀況的調整。（4）連鎖反應。正如上文所言，發電機端蓋軸承在設計中本身的剛度稍低，但是卻承受著50%以上轉子旋轉中產生的動靜態負荷，這種不平衡將會在整個機組的運行中引起連鎖反應，將極大的增加部件的承受風險。（5）氫冷器的結構剛度下降，增加振動，嚴重的將會引發結構振動，從而產生大型汽輪發電機結構震動故障，這主要是氫冷器內部松弛，外部進出水管的支架松動或者布置不合理等引起的，在具體實踐中要多加注意。

2 大型汽輪發電機結構震動故障處理的具體措施

2.1 調整地腳螺栓的松弛度

通過上文敘述，定子某些地腳在安裝中存在一定的瑕疵，這樣在運行中定子的自重就可能沒辦法將垂直方向的面完全壓實，從而出現結構振動的問題。因此，在實踐中我們可以對定子螺栓的松弛度進行調整，從而減緩可能發生的結構振動。在對定子螺栓進行調整時，應當注意定子四個角之交的力度應當平衡，達到松弛度一致，并在調整的過程中實時對可能產生的結果振動進行觀察，記性記錄，從而積累經驗，減少風險。

2.2 合理分配和調整定子重量

合理分配和調整定子重量，從而減緩或者消除大型汽輪發電機結構震動故障的發生。在大型汽輪發電機運行的過程中，一旦運行速度過高，振動十分劇烈，為在短時間內減緩結構振動，減少事故的發生，可對發動機重量進行調整，主要方式就是在發電機定子上增加重物，這樣做在增加重量、平衡受力、降低發電機兩端的上翹態勢具有積極的效果，同時提高了端蓋軸承的支撐剛度，減緩結構振動。

2.3 優化定子的設計

雖然在發電的機安裝和運行中的一些因素會產生結構振動，從而引發故障，但是內因才是事物發展變化的基礎所在，發電機定子的設計是結構振動產生的根源所在。這就需要我們對定子的設計進行優化，修改相關的技術參數，以完美的設計來解決問題。在具體的實驗中，我們通過適量的頂起發電機，保證定子墊片具有相同的槽型和距離，同時保證整個結合面的清潔，適當的添加墊片，對定子焊接以及出線進行檢查，調整聯軸器之間的狀態，從而實現我們的目標。

2.4 通過現場動平衡

通過現場動平衡，減緩或者消除大型汽輪發電機結構震動所產生的故障。現場動平衡，就是在現場通過簡單精細的動平衡實驗，通過減少轉子傳給周成的振動力度或者改變其方向，從未解決此類故障的一種有效的手段。在實踐中，要進行大規模的大型汽輪發電機維修周期長，處理的難度大，即使進行維修，也存在技術上的很多難題，因此采取現場動振動這種簡單、可靠且安全的方式也是非常實用的。

3 總結語

大型汽輪發電機結構震動在實踐中產生故障的原因是多方面的，為了更好的推動我國電力行業的改革，我們應該立足于大型汽輪發電機在設計中本身存在的剛度低等問題，通過基礎沉降以及整個設計到安裝的分析，找到故障發生的原因所在，從而采取調整發電機定子地腳螺栓的松弛度、合理的分配重量或者是增加相關的中午、從整體上進行相關參數的優化設計、大量的進行實踐檢驗等措施，以最大的努力來緩解或者次奧楚大型汽輪發電機結構震動故障的發生，本文對大型汽輪發電機結構震動故障產生的原因分析的不夠全面，希望讀者能夠提出寶貴的意見。

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