工業發電機熱態振動問題分析研究與解決方案

曹艷純

摘要：對于高速工業發電機來說，保證電機良好的振動狀態，成為考核電機質量的重要指標。同時，該項工作也是工業發電機生產制造的關鍵技術所在。圍繞發電機的振動故障的解決和振動狀態的優化，電機生產科技人員們一直在為之不斷奮斗著。在此過程中，工業發電機熱態振動問題是一個難題。因為它是個電機振動狀態隨電機溫度變化而變化的振動問題。為了解決這一難題，我們從各類工業發電機的熱態振動狀態的實際分析入手，分析熱態振動產生的機理，從而在在質量控制、工藝執行和改進及設計結構優化方面提出建議及有效的解決方案。

關鍵詞：工業發電機;熱態振動;故障分析;頻譜分析;動態穩定;熱膨脹

一、2極汽輪發電機熱態振動監測及分析

1.1 ?2極汽輪發電機熱態振動監測實例

對QF-2、QF12-2、QF15-2三個2極汽輪發電機轉子高速平衡狀態下及整機狀態下的振動數據及相關情況進行分析。相關情況說明：整機由于為分體式結構，試驗地板和緊固條件所限，不對振動值進行嚴格考核，以高速平衡狀態下振動值為準。

相關情況說明：2極汽輪發電機轉子高速動平衡試驗是利用產品軸承座將轉子進行支撐，然后用拖動電機（YKS630-2 2000KW電機）通過萬向節進行拖動，使用振動檢測分析儀，用現場動平衡校正法進行校正。同時進行3600r/min的超速試驗。整機由于為分體式結構，試驗地板和緊固條件所限，不對振動值進行嚴格考核，以高速平衡狀態下振動值為準。

1.2 ?2極汽輪發電機熱態振動數據分析

通過對多臺2極汽輪發電機在熱態下的振動檢測，得出如下分析結果：1、在高速動平衡校驗狀態下，將軸承溫度從冷態轉穩定，從軸承座上（水平和垂直方向），總體來說1倍頻幅值基本不變，2倍頻幅值上升幅度約為10%，軸振基本沒有變化。2、在整機狀態下，將軸承溫度從冷態轉穩定，從軸承座上（水平和垂直方向），總體來說1倍頻幅值有所增加，增加量約為5%，2倍頻幅值增加量與高速動平衡狀態下基本相同（狀態與高速動平衡狀態下相同）約為10%，軸振增加幅度與1倍頻增加量相同，約為5%。

1.3 ?2極汽輪發電機熱態振動機理分析

從2極汽輪機上述兩種熱態下的振動數據的基本分析結果，結合實際經驗綜合分析，我們分析其機理為：1、校高速狀態下，軸瓦溫度上升，軸瓦與軸的配合及軸瓦與瓦座的配合面有所變化，導致2倍頻幅值增加;2、整機狀態下，轉子溫度有所上升，約為60度左右，轉子線圈在熱態下，膨脹、位移，導致轉子局部質量分布狀態有所改變（尤其是徑向的位移），導致轉子1倍頻激振力增大，從而導致轉子振動有所增大。

1.4 ?2極汽輪發電機熱態振動相關建議

基于上述1.3中的機理分析結果，對于2極汽輪發電機在改善其熱態振動方面，有如下建議：

1> 無論是在高速動平衡狀態還是在整機狀態下，由于滑動軸承溫度的升高，2倍頻振動幅值都有所增加，證明滑動軸承在溫度升高后的狀態不穩定，尤其是球面帶絕緣層的滑動軸承，由于絕緣層在受熱后更容易以在制造過程中，對于滑動軸承的制造要提出更高地要求，要求滑動軸承進一步具備熱態下的結構狀態穩定能力，尤其對于球面絕緣的熱態下的機械性能的穩定性需要進一步提高;

2> 2極汽輪發電機轉子線圈端部的固定非常重要，在線圈端部的整形、固定、排膠等過程需要嚴格按照相關工藝要求嚴格執行。尤其要注意線圈端部外圓的平整度（由于線圈端部外層絕緣我們采取扎無維帶烘干的方式，如果線圈外圓平齊度不佳，就會造成凹陷處無維帶很厚，而凸出處非常薄，導致熱態下，線圈端部膨脹的不均勻，而產生質量在某個截面上的不對稱，從而影響和破壞平衡。

二、4極隱極工業發電機熱態振動問題系統分析

2.1 ?4極隱極工業發電機熱態振動監測實例

我們對001 ?TFW9-4，002 ?TFW6.3-4，003 TFW7.5-4，004 TFW15-4 等電機進行了熱態振動檢測。

以001為例進行重點闡述：

001轉子通過校低、高速動平衡合格，總裝試驗時，冷態振動相當好，但隨定、轉子溫度升高，振動值隨之增大，同時伴隨電機異響，轉子溫度到60度左右，電機振動突然增大，到80度時，振動值達到10mm/s左右。

電機前后軸承檔水平、垂直、軸向振動隨溫度、時間的變化表：

通過專題分析會，我們斷定是轉子線圈端部未固化良好，于是對端部進行淋JN1148處理。

電機再次試驗，熱態振動情況依然未見好轉。

通過在軸伸及非軸伸端增加渦流傳感器，檢測轉子振動情況。在定子不同溫度下及不同轉速下，以及定子溫度達到70℃時降低轉速檢測轉子振動情況進行統計分析。包括利用渦流傳感器，對轉子的變形狀態進行熱態和動態檢測。

排除軸在熱態下發生彎曲可能，針對線圈在熱態下是否存在松動情況項目小組召開專題會議。經討論，是否浸漆絕緣漆粘度較低以及采用靜置烘焙導致絕緣漆附著量不足而參數線圈在內部存在間隙。故而在熱態下銅線質軟且存在較大離心力導致高速熱態下電機振動。

將轉子進行重新浸漬TH1168高粘度絕緣漆及經旋轉烘焙后，電機復裝試驗熱態振動合格。

2.2 ?4極隱極工業發電機熱態振動數據分析

4極隱極工業發電機以005 ?TFW9-4 電機熱態振動為典型，上述2.1中整個過程簡述為：轉子冷態振動良好，轉子60度，振動突變，隨溫度上升持續增大。通過轉子線圈端部淋漆（JN1148），烘干后，重試，沒有改善。我們將重點放到了漆的粘度上，重新壓力（非真空）浸1168漆（80S）后，進行旋轉烘干，重裝，試驗熱態振動合格。

2.3 ?4極隱極工業發電機熱態振動機理分析

有上述2.2分析，可以得出4極隱極工業發電機熱態振動大，尤其是像005 電機這樣振動在熱態下突變且隨溫度持續增大的問題根源就是轉子線圈的熱態穩定問題。

2.4 ?4極隱極工業發電機熱態振動相關建議

1> 在滑動軸承方面，4極隱極工業發電機與2極汽輪機相同，即要求滑動軸承進一步具備熱態下的結構狀態穩定能力，尤其對于球面絕緣的熱態下的機械性能的穩定性需要進一步提高”;

2> 在轉子線圈端部的固定方面，4極隱極工業發電機較2極汽輪發電機對線圈端部的要求更高（4極隱極工業發電機同樣采取排膠后扎無維帶固化后加工的方式）。主要體現在如下幾個方面：A、線圈端部的形狀控制利用工裝，邊排膠邊壓緊，線圈端部的最終形狀靠螺栓的擰緊程度保證，必須嚴格對扇形瓦相對于轉子鐵芯外圓的位置進行精確測量;對于浸漆方式的轉子，線圈端部的整形非常重要。必須嚴格控制線圈端部外圓的平整度和外圓整體尺寸。

三、針對主要原因，在生產制造質量控制、工藝執行建議方面相關方案內容

通過本課題綜合概括分析，列出各類工業發電機熱態振動綜合分析表：

總結

針對2極汽輪發電機、4極隱極發電機分別進行了大量的熱態振動檢測分析，并以典型實例進行了“熱態振動檢測、熱態振動數據分析、熱態振動機理分析”，并分別提出相關解決和改進建議，列出《各類工業發電機熱態振動綜合分析表》。能夠對現階段工業發電機在改善和解決熱態振動問題方面提供非常有價值的依據。總結的相關實際數據亦可提供給廣大技術人員對工業發電機熱態振動問題進行更加深入的研究，本課題提出的相關措施與建議希望能夠得到設計、工藝、質量等部門的思考和采納，繼而從根本上解決工業發電機熱態振動問題，有效控制電機工業運行的實際振動狀態，提高電機的運行可靠性。

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