某25MW汽輪發電機組振動原因分析及處理

谷志德

（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

汽輪機及發電機是火力發電廠中最重要的原動機及發電設備。檢修后的汽輪機及發電機的啟動過程中往往會出現軸承振動異常的現象，影響到機組的運轉安全。某發電廠#1機組為25 MW型可調整抽汽汽輪發電機組。機組軸系簡圖如圖1所示。某次檢修后，啟機過程中機組軸承產生強烈振動，導致機組不能達到工作轉速（3 000 r/min）。

圖1 機組軸系簡圖

筆者經過對該機組開機過程中振動狀態進行測試及數據分析后，判斷啟機過臨界振動大的主要原因是汽輪機及發電機轉子存在較大的一階徑向質量不平衡。采用“多平面加重法”，在汽輪機轉子電端末級葉輪及發電機轉子汽端風扇兩個平面同時加平衡重量，改善了機組的整體振動狀態，使該機組汽輪機及發電機開機通過一階臨界轉速及工作轉速時的軸承振動均達到機組安全運轉的要求。

1 機組振動現象及過程

該機組檢修后首次開機為冷態開機，冷態開機過程中有三個階段的暖機。前兩個階段暖機過程中，機組各軸承振動均正常；機組升速至一階臨界轉速時，#2、#3瓦垂直方向軸承振幅分別達到120μm、122μm；機組快速通過臨界轉速后，各軸承振幅下降至正常水平；第三階段暖機過程中機組各軸承振動未發生變化。由于在升速通過臨界轉速時機組軸承振幅較大，為確保機組的安全，第三階段暖機結束后立刻緊急停機，因此機組未達到工作轉速。機組首次啟動時的振動數據見表1所列。

表1 機組首次啟動振動數據

2 振動原因分析

從該機組升速過程中的軸承振動數據變化來看，汽輪機、發電機轉子的一階臨界轉速較為接近。采用傅里葉分解的方法，對臨界轉速時的振動數據進行分析，發現該機組汽輪機及發電機的軸承振動含有大量的工頻分量，而且工頻分量約占通頻量的90%以上，據此可以確定，該機組汽輪發電機組過臨界時振動的性質屬穩定強迫振動。

產生穩定強迫振動的原因，主要有激振力過大及支撐系統剛度偏低。結合該機組的歷史軸承振動狀態及此次檢修的數據，可以判斷，該機組軸承座支撐系統剛度是正常的、軸系中心找正也是達到了檢修質量標準。據此分析，筆者認為，該機組汽輪機及發電機轉子存在顯著的不平衡力。而對于該機組轉子，引起不平衡力的根本原因是轉子的一階徑向質量不平衡。

3 振動處理

經過筆者的研究、分析，可以采用“多平面加重法”實施高速動平衡，改善汽輪機及發電機轉子的一階質量平衡狀況，使機組能夠升速至工作轉速。實施高速動平衡時，同時在汽輪機及發電機轉子的兩個平面上加重，加重平面選擇在汽輪機末級葉輪及發電機汽側風扇上，分別加重220 g∠3100、360 g∠2800。軸系轉子高速動平衡后數據見表2，高速動平衡后的伯德圖見圖2～圖5。

圖2 高速動平衡后#1軸承振動伯德圖

圖4 高速動平衡后#3軸承振動伯德圖

表2 高速動平衡后振動數據

從表2的數據可以看出，實施高速動平衡后，機組在一階臨界轉速時的#2、#3軸承振幅降至100μm以下，工作轉速下各軸承振幅也在合格范圍內。但一階臨界轉速及工作轉速下，汽輪機#2軸承振動振幅仍偏大、依然存在較大的工頻分量，說明汽輪機轉子仍存在一定程度的徑向質量不平衡。汽輪機調端汽封處有一個平衡槽可用于進一步實施高速動平衡，但由于電廠需要在規定時間內并網，沒有時間繼續改善機組振動狀態，且一階臨界轉速及工作轉速下的汽輪機及發電機軸承振動也能夠滿足安全運行的需要，因此，不再進行后續現場高速動平衡工作。

4 結論及建議

該機組發生的過臨界振動異常的故障，是汽輪機及發電機轉子存在顯著的一階質量不平衡造成的。通過采用“多平面加重法”實施高速動平衡，效果良好，能夠使汽輪發電機組軸承振動水平在通過一階臨界轉速及工作轉速時達到機組安全運轉的需求。

圖3 高速動平衡后#2軸承振動伯德圖

圖5 高速動平衡后#4軸承振動伯德圖

根據表2高速動平衡后的最終測試數據來看，如果時間允許，可以考慮在進一步降低汽輪機臨界轉速振動水平的前提下，在汽輪機調端汽封處平衡槽內及末級葉輪平衡槽兩個平面同時實施高速動平衡，繼續降低工作轉速下汽輪發電機組的軸承振動水平。