某1000 MW机组励磁机振动故障分析与处理

李 勇

（大唐中南电力试验研究院，河南郑州 45000）

0 引言

采用大容量、高参数的设备是降低火力发电机组煤耗、提高经济性最有效的措施。上海电气集团引进德国西门子公司技术生产的超超临界汽轮发电机组，在热力性能、可靠性、快速启动等诸多方面具有显著的优点，在国内占据较多的市场份额[1]。但是在实际运行中出现一些典型的振动故障，如高压转子振动波动、发电机振动波动、励磁机转子振动大等[2-6]。

针对上汽1000 MW 超超临界机组励磁机转子振动故障，对振动数据进行分析，提取振动故障特征，诊断振动故障原因，解决该设备振动故障。

1 励磁机振动概况

1.1 轴系结构概况

机组轴系由高压转子、中压转子、2 根低压转子、发电机转子、励磁机转子及8 个支撑轴承组成，各转子通过刚性联轴器连接，轴系结构如图1 所示。

图1 机组轴系

1—5号轴承支承汽轮机转子，均为椭圆瓦轴承，分别座落于落地式轴承座内。发电机和励磁机转子为3 支撑结构，6、7号轴承支撑发电机转子，为端盖轴承，8号轴撑支承励磁机轴承，为落地轴承。

1.2 振动监测系统

机组配备在线振动监测系统，每个轴承分别配置2 个涡流传感器和2 个速度传感器。2 个涡流传感器分别位于轴承座中分面左、右45°，测量X 向和Y 向轴相对振动幅值；2 个速度传感器位于轴承座中分面左侧45°，测量轴承座振动烈度。

DCS 系统中显示每个轴承复合轴振幅值及2 个轴承座振动烈度，其中复合轴振幅值的计算公式为：

式中 A——复合轴振幅值，μm

x——X 向轴相对振动幅值，μm

y——Y 向轴相对振动幅值，μm

现场同时可架设离线振动监测分析仪，监测各振动传感器的信号，并通过计算得到以下动态数据：通频振动幅值、选频振动幅值、间隙电压、频谱图、趋势图等。

1.3 振动情况

机组自投入商业运行以来，带负荷运行期间，8号轴承振动大且存在波动，复合轴振幅值在80～130 μm 间波动，振动幅值超过报警值（83 μm）。机组带负荷期间，8号轴承振动及轴承温度趋势如图2 所示。

图2 8号轴承振动趋势

2 故障原因分析

8号轴承振动以基频为主，且存在波动，认为振动属于不稳定的普通强迫振动。引起该振动故障的原因包括轴承座动刚度变化和激振力变化[7]。8号轴承Y 轴相对振动趋势如图3 所示。

图3 8号轴承Y 轴相对振动趋势

现场对8号轴承各部件的振动分别进行测量，结果表明：各连接部件间的差别振动较小，可排除连接刚度对振动的影响。

查看机组振动数据，带负荷期间8号轴承轴相对振动与轴承振动的比值均大于5，可排除支撑系统共振对振动的影响。

引起不稳定普通强迫振动的激振力有：轴系连接同心度和平直度变化、不对称电磁力以及转子不平衡力。

8号轴承振动与机组负荷无明显相关性，故可以排除由于不对称电磁力激起的振动波动。8号轴承振动与负荷趋势如图4所示。

图4 振动与负荷趋势

8号轴承振动随时间变化，其振动幅值和相位存在周期性变化，认为励磁机转子存在旋转性不平衡。其原因包括：①转子存在明显的旋转性热弯曲；②转子不平衡响应高。

7号轴承与8号轴承振动趋势一致，同样存在振动波动，不能排除轴系连接同心度和平直度变化的可能性。7、8号轴承振动趋势如图5 所示。

图5 7、8号轴承振动趋势

综上所述，引起8号轴承振动大且波动的原因可能有：

（1）励磁机转子与静止部件摩擦产生热弯曲。

（2）该机组发电机与励磁机为三支撑结构，励磁机转子相对较轻，呈细长结构，不平衡响应较高。

（3）发电机与励磁机联轴器同心度和平直度恶化。

3 故障处理

3.1 检修期间检查及处理

机组停运后，对8号轴承及励磁机-发电机联轴器进行检查发现：

（1）8号轴承上半乌金存在磨损（图6）。

图6 轴承上半乌金磨损情况

（2）8号轴承前后挡油环存在磨损痕迹（图7）。

图7 轴承挡油环磨损情况

（3）发电机转子联轴器最大跳动值为0.01 mm，符合设计要求（不大于0.04 mm），实测值见表1，励磁机转子联轴器最大跳动值为0.03 mm，符合设计要求（不大于0.04 mm），实测值见表2，联轴器同心度最大偏差0.02 mm，符合设计要求（不大于0.02 mm），实测值见表3，联轴器下张口0.041 mm，低于设计值（0.10～0.12 mm），联轴器中心数据见表4。

表1 发电机转子联轴器跳动值 mm

表2 励磁机转子联轴器跳动值 mm

表3 联轴器同心度实测值 mm

表4 联轴器中心数据 mm

现场对8号轴承乌金表面进行修刮；更换8号轴前、后浮动挡油环；调整发电机转子-励磁机转子联轴器中心下张口，发电机转子-励磁机转子联轴器中心数据见表5。

表5 联轴器中心修后数据 mm

3.2 现场动平衡试验

检修结束后机组启动，8号轴承振动趋势如图8 所示。

由图8 可知，8号轴承振动幅值有所下降，但仍偏大，且存在一定波动。8号轴承温度由修前69.6 ℃升至76 ℃。分析认为8号轴承仍存在承载较轻的问题。解决这种问题，除增加轴承承载以提高刚度外，还可以从降低激振力入手[8-11]。

图8 检修后8号轴承振动趋势

对励磁机风扇叶轮加重395 g，加重前后，机组带负荷期间，8号轴承振动情况见表6。

表6 加重前后8号轴承振动幅值 μm

4 结语

（1）机组运行过程中，励磁机振动大且波动的主要原因为动静部件碰磨和联轴器中心存在偏差。

（2）通过调整联轴器中心和励磁机转子动平衡试验，励磁机轴承振动达到优良水平。

（3）对于三支撑结构的发电机和励磁机转子，联轴器中心调整可参考轴承金属温度情况适当增加下张口值，提高励磁机轴承负载。