大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障的分析與治理

米永杰　王開瑯　范浩

摘 要：伴隨著經(jīng)濟(jì)改革而來的電力行業(yè)的改革也在不斷的進(jìn)行，并呈現(xiàn)不斷深入的狀況，越來越多的大型汽輪發(fā)電機(jī)組投入到市場的運(yùn)用中。但大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障不斷頻發(fā)，直接降低了電機(jī)組的可靠性和安全性，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。本文大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障診斷出發(fā)，對其進(jìn)行分析，并提出一定的解決措施，以便在現(xiàn)場進(jìn)行故障的處理，增加安全性，降低產(chǎn)品的維修成本。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)震動(dòng)；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(chǎn)的一些大型汽輪發(fā)電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障，由此引發(fā)了一系列基礎(chǔ)部件，例如發(fā)電機(jī)定子、臺(tái)板等的劇烈振動(dòng)， 這將產(chǎn)生眾多的不良隱患。大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障產(chǎn)生的原因存在一定的相似性，這些故障的產(chǎn)生具有一個(gè)或者幾個(gè)相似的特征。這些特征主要有以下幾個(gè)方面的表現(xiàn)：（1）大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)多數(shù)表現(xiàn)在大修之后，僅有少數(shù)的大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)是在運(yùn)行中逐漸發(fā)生的。（2）差別震動(dòng)明顯。發(fā)電機(jī)定子在機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)表現(xiàn)的十分明顯，同時(shí)，定子底角、臺(tái)班、二次灌漿或者基礎(chǔ)的部件之間存在明顯的差別振動(dòng)。（3）大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)的持續(xù)性。大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)的整個(gè)過程相對而言比較穩(wěn)定，但是在震動(dòng)中振幅有時(shí)候也會(huì)隨著負(fù)荷等的加大在運(yùn)行中沉陷小幅度的起伏。這也導(dǎo)致大電機(jī)機(jī)構(gòu)振動(dòng)中的振動(dòng)以基礎(chǔ)頻率為主、二倍頻率振動(dòng)為輔。

1 大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障的原因分析

大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子振動(dòng)端蓋軸承振動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)沉陷相互耦合的態(tài)勢，這主要是為了縮短轉(zhuǎn)子跨距和提高冷卻的效果兩方面出發(fā)而做的改進(jìn)，以此為基礎(chǔ)，大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障發(fā)生的原因主要如下：（1）端蓋軸承自身的設(shè)計(jì)剛度比較低。在定子中部、約占定子總重量65%的便是發(fā)電機(jī)的鐵芯，根據(jù)我們對此的了解，定子兩端的端蓋軸承呈現(xiàn)商橋的狀況，這主要是由于發(fā)電機(jī)定子是通過側(cè)面的地腳螺栓水平懸掛在基礎(chǔ)臺(tái)板上的緣故，同時(shí)定子地腳螺栓之外存在端蓋軸承的部分結(jié)構(gòu)，這也是端蓋軸承設(shè)計(jì)剛度低的原因所在。（2）大型汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中存在理論和實(shí)際不符合的狀況。在發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中，為了保證定子兩端被壓實(shí)，從而盡可能的提高端蓋軸承的支撐剛度，在定子地腳和臺(tái)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(jī)座的每個(gè)地腳上，承受的重量也是分配適當(dāng)。但是在實(shí)踐中，多數(shù)的發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)存在不均勻沉降現(xiàn)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(shè)計(jì)的理論很難在實(shí)踐中得以實(shí)現(xiàn)。（3）定子重量分配不合理?？v觀我國現(xiàn)行的大型汽輪發(fā)電機(jī)而言，這個(gè)問題比較突出。在通過對實(shí)踐中大型汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行的跟蹤表明，發(fā)電機(jī)地腳螺栓呈現(xiàn)緊固或者是松弛的狀態(tài)，從而更好地運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)很大的前提條件便是定子的重量能夠合理的分配在發(fā)電機(jī)的各個(gè)底角上，從而進(jìn)行緊固或者松弛狀況的調(diào)整。（4）連鎖反應(yīng)。正如上文所言，發(fā)電機(jī)端蓋軸承在設(shè)計(jì)中本身的剛度稍低，但是卻承受著50%以上轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的動(dòng)靜態(tài)負(fù)荷，這種不平衡將會(huì)在整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行中引起連鎖反應(yīng)，將極大的增加部件的承受風(fēng)險(xiǎn)。（5）氫冷器的結(jié)構(gòu)剛度下降，增加振動(dòng)，嚴(yán)重的將會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而產(chǎn)生大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障，這主要是氫冷器內(nèi)部松弛，外部進(jìn)出水管的支架松動(dòng)或者布置不合理等引起的，在具體實(shí)踐中要多加注意。

2 大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障處理的具體措施

2.1 調(diào)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(yùn)行中定子的自重就可能沒辦法將垂直方向的面完全壓實(shí)，從而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的問題。因此，在實(shí)踐中我們可以對定子螺栓的松弛度進(jìn)行調(diào)整，從而減緩可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。在對定子螺栓進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意定子四個(gè)角之交的力度應(yīng)當(dāng)平衡，達(dá)到松弛度一致，并在調(diào)整的過程中實(shí)時(shí)對可能產(chǎn)生的結(jié)果振動(dòng)進(jìn)行觀察，記性記錄，從而積累經(jīng)驗(yàn)，減少風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 合理分配和調(diào)整定子重量

合理分配和調(diào)整定子重量，從而減緩或者消除大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障的發(fā)生。在大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中，一旦運(yùn)行速度過高，振動(dòng)十分劇烈，為在短時(shí)間內(nèi)減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)，減少事故的發(fā)生，可對發(fā)動(dòng)機(jī)重量進(jìn)行調(diào)整，主要方式就是在發(fā)電機(jī)定子上增加重物，這樣做在增加重量、平衡受力、降低發(fā)電機(jī)兩端的上翹態(tài)勢具有積極的效果，同時(shí)提高了端蓋軸承的支撐剛度，減緩結(jié)構(gòu)振動(dòng)。

2.3 優(yōu)化定子的設(shè)計(jì)

雖然在發(fā)電的機(jī)安裝和運(yùn)行中的一些因素會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)，從而引發(fā)故障，但是內(nèi)因才是事物發(fā)展變化的基礎(chǔ)所在，發(fā)電機(jī)定子的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的根源所在。這就需要我們對定子的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，修改相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，以完美的設(shè)計(jì)來解決問題。在具體的實(shí)驗(yàn)中，我們通過適量的頂起發(fā)電機(jī)，保證定子墊片具有相同的槽型和距離，同時(shí)保證整個(gè)結(jié)合面的清潔，適當(dāng)?shù)奶砑訅|片，對定子焊接以及出線進(jìn)行檢查，調(diào)整聯(lián)軸器之間的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。

2.4 通過現(xiàn)場動(dòng)平衡

通過現(xiàn)場動(dòng)平衡，減緩或者消除大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)所產(chǎn)生的故障?，F(xiàn)場動(dòng)平衡，就是在現(xiàn)場通過簡單精細(xì)的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，通過減少轉(zhuǎn)子傳給周成的振動(dòng)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(shí)踐中，要進(jìn)行大規(guī)模的大型汽輪發(fā)電機(jī)維修周期長，處理的難度大，即使進(jìn)行維修，也存在技術(shù)上的很多難題，因此采取現(xiàn)場動(dòng)振動(dòng)這種簡單、可靠且安全的方式也是非常實(shí)用的。

3 總結(jié)語

大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)在實(shí)踐中產(chǎn)生故障的原因是多方面的，為了更好的推動(dòng)我國電力行業(yè)的改革，我們應(yīng)該立足于大型汽輪發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)中本身存在的剛度低等問題，通過基礎(chǔ)沉降以及整個(gè)設(shè)計(jì)到安裝的分析，找到故障發(fā)生的原因所在，從而采取調(diào)整發(fā)電機(jī)定子地腳螺栓的松弛度、合理的分配重量或者是增加相關(guān)的中午、從整體上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、大量的進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)等措施，以最大的努力來緩解或者次奧楚大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障的發(fā)生，本文對大型汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)震動(dòng)故障產(chǎn)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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