汽轮发电机组异常振动分析及处理

热力发电

V01．42No．6

2013年6月THERMALPOWERGENERATION

Jun．2013

汔舱笈电机国异常德劲分衍厦处理

卢双龙，周忠涛，张才稳

湖北省电力公司电力试验研究院，湖北武汉430077

[摘

要]对某汽轮发电机组异常振动原因进行了分析，认为其主要是因油膜振荡、动静摩擦

和电气故障所致。对此，通过调整汽轮机转子中心、轴承参数、轴承标高和发电机气隙后，使该机组振动故障得以消除。此外，在机组轴承稳定性较差的情况下，外界扰动易激发油膜振荡故障的发生，因此在消除油膜振荡时，应同时考虑减少外界扰动和提高轴承稳定性。

[关

键

词]汽轮发电机组；油膜振荡；动静摩擦；电气故障；振动

[文献标识码]B[文章编号]1002—3364(2013)06—0085—03

[中图分类号]TK268．+1

[DOI编号]10．3969／j．issn．1002—3364．2013．06．085

Abnormalvibration

ona

turbogeneratorunit：analysisanddisposal

LUShuanglong，ZHOUZhongtao，ZHANGCaiwen

ElectricPowerTest

ResearchInstitute，Hubei

ElectricPower

Company，Wuhan

430077，HubeiProvince，China

Abstract：Analysisandfaultdiagnosis

werepresentedindetail．Suchfactors

on

abnormalvibrationoccurred

ona

turbogeneratorunit

as

oilfilmoscillation。staticanddynamicfrictionandelectri—

rotor

center

calfaultswereconsidered

as

themainreasons．Byadjustingthe

position，bearingpa—

rametersandelevation，andthegeneratorairgap，thevibrationfaultwaseliminatedsuccessfully．Besides，theexternaldisturbance

can

alsoresult

inoilfilmoscillation．Soreducingtheexternal

disturbanceandimprovingthebearingstabilityshouldbebothconsideredduringtheoilfilmOS—cillationelimination．Keywords：turbo-generator

unit；oilfilmoscillation；staticanddynamicfriction；electrical

fault；

regulation；rotorcenter；bearingelevation；generatorairgap

1振动故障

某厂3号机组自2011年5月发电机检修以来，频繁发生突发性振动。为全面分析机组振动故障原因，现场布置速度传感器测试汽轮机轴承瓦振，并在3号、4号轴承外侧布置涡流传感器测试发电机转轴振动。测试结果见表1。表1可以看出，该机组在发电机转速为2但在2

960

中3x轴振变化最大，在几秒钟内由80弘m突增至

300

pm以上。并网带负荷后，轴系振动进一步恶

化，其中3z轴振高达500弘m，4号瓦振也在50弘m

以上。

表1振动测试结果【通频)

Table1

Thevibrationtest

results

I‘m

r／min之前，3z、4z轴振不大

于82btm，1～4号瓦振不大于5肚m，轴系振动较好。

960

r／min之后，轴系振动发生明显变化，其

收稿日期：2012—6—16

作者简介：卢双龙(1984一)，男，辽宁铁岭人，硕士，主要从事汽轮发电机组振动故障的诊断与调试。

E=mmi：

shuanglon919840225@163．corn

热力发电2013年

2机组起动过程振动分析及处理

2．1原因分析

20弘m，轴颈晃度也不大。因此，该机组外界扰动并不大，说明轴颈扰动不是诱发机组突发性振动的主要原因。

(2)由轴承润滑理论可知，轴承比压、顶隙、侧隙、标高等是影响轴承工作状况的主要因素。机组检修资料表明，3、4号轴承顶隙450nm，发电机转子比汽轮机转子低15“m。该发电机轴承为圆筒瓦，当轴瓦顶隙偏大时，极易导致轴瓦失稳，产生自激振动[3]。由于3、4号轴承顶隙已超过厂家上限标准360肛m，说明轴承顶隙超标是导致机组发生油膜

该机组的振动故障主要具有以下特征：

(1)振动以低频分量为主。频谱分析表明，在突发性振动前，振动以工频分量为主；在突发性振动后，振动频谱中除工频分量外，还出现了幅值较高的低频分量，成为主要频率分量(图1、图2)。

250E200

，150

攀100彗50

●

：JL

0

05．、

l0Y

l5、

20X

振荡故障的主要原因。但该机组3、4号轴承顶隙偏大现象一直存在，说明轴承顶隙超标并非诱发机组油膜振荡故障的唯一因素。检查机组轴系中心结果表明，轴系中心发生明显变化，发电机转子比汽轮机

after

3xvibration

化频

图1突发性振动后3工振动频谱

Fig．1

Frequencyspect

theabrupt

rumof

vibration

转子低125“m。由发电机转子严重偏低说明，3号

轴承承载能力不足，由此导致3号轴瓦稳定性进一步降低，这是导致机组发生油膜振荡故障的另一个主要原因。

根据分析提出，找正机组轴系中心，并将圆筒瓦

250

g200

，150≤100善50

0

05f

，0f

jjl?

20l’

f^频

改为椭圆瓦，以提高轴瓦的稳定性。处理后，3、4号轴承顶隙300“m、侧隙250bLm，发电机转子比汽轮机转子高15um。机组在升速至3中未出现低频振动。

000

图2突发性振动后4工振动频谱

Fig．2

Frequency

spectrum

of4xvibrationafter

r／rain过程

theabrupt

vibration

(2)振动对转速较敏感。试验表明，当机组转速

升至2

960

3机组带负荷过程振动分析及处理

3．1低负荷下不稳定振动分析

在带负荷初期，除3z轴振逐渐降低外，其余各点变化不大。但带负荷运行一段时间后，轴系振动发生明显变化。其中，发电机定子振动变化最大，由带负荷初期的15肛m逐渐爬升至70弘m以上。在降负荷过程中，发电机定子振动并未立即降低，反而进一步爬升。在停机过临界转速时，3z、4z轴振高达500“m，3、4号瓦振也在80肛m以上。

在带负荷过程中，振动幅值和相位变化以工频分量为主，这完全符合动、静碰摩故障的振动特征[4]，说明该机组在带负荷期间出现了动静摩擦。从摩擦程度上来看，在带负荷初期符合轻微摩擦规律，此时转动部件和静止部件处于时而接触、时而脱离的状态，振动并未出现明显恶化。在带负荷后期，发电机定子振动逐渐增大是摩擦程度由轻向重发展的结果，此时属于动、静部分始终脱离不了接触的重度摩擦，由此导致振动增大，从而又加剧了摩擦，在振动与摩擦之间形成了恶性循环，这种摩擦会使转子产生热变形，造成新的不平衡，导致停机过临界转

http：f}rlfd．periodicals．net．erl

r／rain时，轴系发生突发性振动，而在转r／min以下时，轴系振动恢复正常。

速降至2

900

(3)轴承声音异常。在突变性振动后，机组的3、4号轴承声音明显异常。

因此，判定该机组振动故障为典型的油膜振荡。由于3z轴振信号中21．75Hz分量为200“m，4z轴振信号中21．75Hz分量仅为10肚m，说明该机组振动故障起源于3号轴承，并由此波及轴系其它轴承。

2．2振动治理措施及效果

轴承自激振动一般由轴颈扰动过大和轴承稳定性差[1]两方面原因引起。

(1)对于旋转机械而言，轴颈晃度、转轴振动、转轴弯曲等是影响油膜振荡的外界条件[2]。该机组在过临界转速时，3z、4z轴振未超过80肚m，说明发电机转子一阶平衡状况较好，可以排除发电机转子存在弯曲的可能；在突发性振动前，3z、4z轴振均小于80“m，转轴振动并不大，说明转轴振动不是诱发机组发生油膜振荡的因素；3号、4号轴颈跳动均小于

http：}}WWW．rlfd．com．en

第6期

卢双龙等汽轮发电机组异常振动分析及处理

87

速时振动异常增大。

在处理摩擦振动时，摩擦部位的正确判断尤其重要。在3z、4z轴振变化过程中，发电机定子振动也同步变化，说明摩擦部位在发电机本身。从结构上来分析，摩擦部位很有可能在发电机端盖处。通常摩擦点附近振动矢量波动和变化量最为明显，距离摩擦点越远，振动矢量变化幅度越小。由于3z轴振变化较大，4z轴振变化相对较小，说明摩擦部位在3号轴承附近，由此可以确认摩擦部位在3瓦端盖处。在盘车状态下将3号瓦端盖拆开，发现转轴表面有明显摩擦痕迹，端盖严重磨损，从摩擦痕迹上看，该机组在端盖处已发生多次较严重的动静摩擦。拆掉发电机端盖，连续盘车4h后，机组再次起动。在带负荷过程中，各轴承振动工频幅值和相位变化不大，说明拆除发电机端盖后，不稳定振动现象明显改观。

3．2高负荷下低频振动

在并热网前轴系低频振动小于2肚m，并热网后3z轴振出现了30扯m的低频分量，将润滑油温升至42℃后，低频分量基本消失，轴系振动恢复正常。但在高负荷运行过程中，3z轴振再次出现了50Ⅱm的低频分量。说明该机组油膜振荡故障并未完全消除，需要停机处理。

3．3发电机解列后振动突变

发电机解列后，机组在停机过程中轴系发生了振动突变。频谱分析表明，在振动突变前、后工频分量变化不大，2倍频分量变化较大。其中，发电机定子振动变化最大，在几秒钟内其振幅由16肚m降至

1

摩擦。另外，在带负荷运行过程中，发电机气隙不均匀即导致了发电机定子振动，同时还导致了发电机端盖同步振动，这也增加了转子与端盖发生摩擦的可能。因此，该机组气隙不均匀现象不仅是导致发电机定子振动的主要原因，也是导致机组频繁在端盖处发生摩擦的主要原因。

4治理措施及效果

综上所述，由于动静摩擦和电气故障的存在，将提供一定的外界扰动力，在轴承稳定性较差的情况下，极易激发油膜振荡故障的发生，这是导致机组频繁发生油膜振荡的外在因素。对此，提出了以下处理措施：(1)3号轴承标高抬高50肚m；(2)3、4号轴承顶隙减至250bLm以下；(3)发电机定子向左平移

0．5

mm等。

上述措施实施后，机组在带负荷过程中，3x、4x

轴振信号低频分量始终小于2p．m，说明该机组油膜振荡故障基本消除。在此后长时间运行过程中，该机组再未发生过突发性振动现象。

5结论及建议

(1)某厂3号机组异常振动主要由油膜振荡、动静摩擦及电气故障所致，现场通过调整转子中心、轴承间隙、轴承标高和发电机气隙后，成功消除了该机组振动故障。

(2)在轴承稳定性较差的情况下，外界扰动容易激发油膜振荡故障的发生，在消除油膜振荡故障时，应同时考虑减少外界扰动和提高轴系稳定性。

(3)分析机组振动故障原因时，在注重转轴与瓦振的同时，也应注重静止部件的振动，全面了解机组各部件振动状况将有助于深人分析机组振动原因。

[参

出版社，2008．

ZHAGNXueyan．Vibrationdiagnosisforturbo-genera—

tor

btm。在发电机解列瞬间，轴系振动立即发生变

化，两者之间无时滞性，这种现象说明振动主要由电气缺陷引起。对于发电机而言，常见的电气缺陷主要包括转子线圈匝间短路、转子与定子之间空气间隙不均匀等[5‘6]。由于振动以2倍频分量为主，说明该发电机很可能存在气隙不均匀的电气故障。对发电机气隙的测量结果表明，发电机左侧气隙

7．0

考文

献]

D-I张学延．汽轮发电机组振动诊断[M]．北京：中国电力

mm，右侧气隙8．0mm，左侧比右侧小1．0

mm，

units[M]．Beijing：China

ElectricPowerPress，2008

说明该机组确实存在气隙不均匀现象。

进一步分析发现，该机组端盖磨损方向与发电机小气隙方向基本一致，这说明两者之间有较大关联。这是因为，该发电机左侧气隙偏小，转子与端盖之间的间隙也偏小，机组起动后，在轴承油膜力的挤压作用下，转子会顺转动方向偏移，转子与端盖之间的间隙将进一步变小，导致机组在端盖处发生动静

http：∥www．rlfd．corn．cn

(inChinese)．

E23杨建刚．旋转机械振动分析与工程应用[M3．北京：中

国电力出版社，2007．

YANGJiangang．Analysisand

on

engineeringapplication

vibration

ofrotatingmachines[M]．Beijing：China

ElectricPowerPress，2007(inChinese)．

(下转第102页)

http：／／rlfd．periodicals．net．ca

102

热力发电

2013焦

图1

Fig．1

皮带机导料槽无动力除尘原理

removal

principleofthebelt

conveyor

chute

Nonpowerdust

料槽出口

图2

Fig．2

Nonpower

皮带机导料槽无动力除尘结构

dust

removalstructureofthebeltconveyorchute

台山电厂采用无动力除尘装置改造后，导料槽未再发生喷粉现象，碎煤机室现场环境明显改善，粉尘浓度下降至4mg／m3以下，彻底根除了碎煤机室扬尘大、粉尘浓度超标的问题。

[参

考

文

[2]GB50431--2008，带式输送机工程设计规范[s]．

GB

50431—2008。Engineering

conveyor[S]．

designspecificationfor

thebelt

[33

DL／T799．2—2002，电力行业劳动环境监测技术规范

第2部分：生产性粉尘监测Is]．

献]

thebeltconveyor

DL／T799．2—2002．Labor

technological

environment

monitoringindustry．

specificationofelectric

power

[1]GB10595，带式输送机技术条件Es]．

GB10595，Technicalrequirementsof

Part2：Monitoringofindustrialdust[S]．

[S]．

(上接第87页)

[3]高翔，卢盛阳，牟法海，等．汽轮发电机组油膜振荡故障

诊断和现场处理[J]．汽轮机技术，2010，52(3)：229—

231．

GAOXiang，LUShengyang，MUFahai，eta1．Failurenalysisandonlineeliminatingforturbo—generator2010，52(3)：229-231．

tO

a—

shaft／rotorand

starts

of

turbine-generator

inthefield

[J]．Power[5]

Engineering，2002，22(6)：2020—2024．

陆颂元．汽轮发电机组振动[M]．北京：中国电力出版

社，2000．

LUSongyuan．Vibrationinturbogenerator

theoil—filmoscillation

Technology，

units[M]．

units[J]．TurbineerPress，2000(inChinese)．Beijing：ChinaElectricPow

[6]寇胜利．汽轮发电机组振动及现场平衡[M]．北京：中

国电力出版社，2007．

KOUShengli．Vibrationandfieldbalanceofturbogen-erator

[4]陆颂元，童小忠．汽轮机组现场动静碰磨故障的振动特

征及分析诊断方法[J]．动力工程，2002，22(6)：2020—

2024．

units[M]．BeOing：China

ElectricPowerPress，

LUSongyuan，TONGXiaozhong．Vibrationcharacter—istics，analysis

and

diagnosis

for

rubbing

between

2007(inChinese)．

httptf{WWW．rlfd．com．cnhttp：}}rlfd．periodicals．net．cn