发电机高频率振动分析报告

1、伟顺发电机振动原因分析报告东莞伟顺发电机租赁有限公司一期安装两台国产亚临界 900KW900KW引进型汽轮机组。其中，1#1#气轮机系引进美国西屋公司技术，由迪视佳汽轮机厂制造的国产首台 900KW900KW 考核机组。 汽轮机型号为 N600-170/537/537N600-170/537/537, ,单轴、四缸、四排汽、再热冷凝式，于 19891989 年 1111 月投入商业运行。1 1 轴系构成及存在问题1.11.1 轴系构成发电机租赁轴系是由 1 1 根高压转子、1 1 根中压转子、2 2 根低压转子、1 1根发电机转子和 1 1 根励磁机转子构成， 除励磁机转子为单轴承支撑外， 其

2、余转子均为两轴承支撑。发电机汽、励两端为端盖支撑式可倾轴承，下半轴承通过球面支撑在下半支撑环上，下半支撑环通过圆柱面支撑在发电机下半端盖上，汽端为 9#9#轴承。1.21.2 存在问题自发现 1#1#发电机汽端轴承即 9 9 椭由承振动放大以来，汽机、电气专业一直进行连续跟踪、测量、监视，力图寻找振动变化规律，并召集技术人员分析讨论。在没有找出行之有效的措施之前，通过变氢温、氢压等方法，改善振动情况， 得以使机组在线运行。 提前对因轴承振动大而引起的油管磨损、松动、泄漏等风险作出预想，检查处理了许多风险较大的缺陷。收集整理的大量试验数据和现象分析为专家的分析诊断奠定了很好地基础， 使发电机出租

3、专家没有再次启停机而能够进行准确的诊断。2 2 振动情况和分析自发现发电机汽端振动变大以来，瓦振大都大于轴振运行，瓦振、轴振不符合载荷分配。主要是水平振动，垂直振动也偏大，轴系上振动可以接受，轴振虽偏大，因为机组检修后转子存在着不平衡力，但不是主要问题。运行中轴振没有变化，转子与密封瓦、油挡的碰摩可能性不大。通过变励磁电流试验，轴振没有变化，振动成分也不是二倍频，可以排出发电机发生电磁激振、轴向磁力不对中、转子线圈匝间短路等电气原因。低负荷运行振动大， 随江门发电机出租负荷运行时间的增加， 振动有下降。氢温、 氢压变化对端盖振动有影响， 轴振基本无变化。 氢温、 氢压降低，振动减小，最大影响幅

4、度有 2020wmwm 随时间变化，振动又缓慢上升。最低的振动幅值仍在 100100wmwm 以上，参数变化对振动的影响可以忽略不计。升速到 2500rpm2500rpm 以上时，振幅增加较大，出现峰值。降转速时，振动迅速减小。转速越高，瓦振的增大率远大于轴振的增大率，两者之比从 3 3降到 1 1。机组运行两个月后，在一次升速过程中，2500rpm2500rpm 以下，瓦振基本没有变化，小于 2020 区 m;m;在 2500rpm2500rpm 以上瓦振迅速增大，3000rpm3000rpm 时达 7 75 5区 m,m,持 2 2卖约卖约5min5min 后升至 100100wmwm 前

5、后共 15min15min 左右。打闸后，再次冲转，现象相同，只是第二次振幅较小一点，并网前 8585wmwm 降转速时，水平振动快速下降，2950rp2950rpm m有一小的峰值，2500rpm2500rpm 以下 20m20m 左右，轴振和瓦振没有明显的对应关系，也能验证， 这种振动的现象重复性很好。 振动的非临界峰值只发生在接近工作转速的一定转速范围内。发电机励端轴承即 10#10#轴承瓦振、轴振不因参数、负荷变化而变化，升降转速也未发现有非临界峰。大振幅时的振动成分主要是工频，且相位稳定。通过临检检查，可以排出 9 9 椭由承松动和瓦盖共振。轴承支承球面进行修研后，振动没有发生本质的

6、改观，即使是支撑系统刚度降低，也不是轴承支撑刚度引起的。基于上述试验和测量，专家分析：瓦振、轴振的比例肯定是刚性问题，因素有轴承球面和定子刚度，定子加筋板来调频，提高刚度，对于如此重的结构上很不容易。垂直方向振动大是力的原因，与 1010 椭由承比较，有一定的不平衡量。江门发电机租赁最好的方法是动平衡，轴振降下来，瓦振自然会下来。作为试验需要，定子台板螺栓可以紧固检查。3 3 现场处理经过多方多次讨论，最终确定按照从汽端向励端、先右侧后左侧再右侧的顺序逐个旋紧发电机定子两侧台板顶丝的处理方案。在旋紧的过程中连续测量 9#9#轴承水平、垂直振动。随着顶丝旋紧数量的增加，水平振动逐渐下降。左侧未紧

7、固到发电机定子台板中部，少于右侧；右侧紧固位辂到定子台板中部后振动有上升时停止。顶丝旋紧后,对应处的发电机定子台板联系螺栓已无间隙，即发电机定子底脚螺栓均受力，相当于发电机定子台板被螺栓紧固。此时发电机汽端振动表现为水平振动下降的同时，垂直振动有上升。最终结果：9 9 椭由承水平/ /垂直振动约为 57/5257/52pmpm, ,轴振略降； 定子壳体侧面和氢冷器位辂振动大幅降低； #1#10 0轴承瓦振、 轴振未发现变化。 机组运行一段时间后， 水平/ /垂直振动基本稳定在 5555p pm m以下，并随负荷变化不大。所有处理测量的数据见下表1#1#发电机变参数试验及处理对振动的影响时间有功

8、无功励磁电流氢温氢压9#轴振9#瓦振#10 轴振#10 瓦振备注10-278:4051261.541.5/40.30.49574/100A108/39E116/32A20/13E19/1310-2714:1747875.241.6/40.50.5A107/47E108/38E23/2510-289:304585141.4/40.30.51875/100A109/47E114/2855/47A19/17E19/1010-2810:3046354.245.4/44.20.51873/9757/47升氢温10-2814:1048275.241.6/40.50.51875/99A97/44E101/3

9、353/47A19/10E18/13氢温稳定后测量10-2815:454836841.7/40.60.46875/98A96/41E99/3252/46A20/11E19/13降氢压后时间不长10-2817:2551164.540/41.30.466A97/44E101/34A23/9E23/13降氢压后稳定10-319:3540352.741.4/40.273/99A109/44E113/28无功变动前10-3110:1033144.3同上无变化A108/44E114/35A16/18E15/9变无功10-3110:3745233144同上无变化A108/44E114/35A14/17E13

10、/7变无功稳定10-3111:0546459173.6同上无变化A104/46E104/38变无功稳定11-220:054536341.6/40.30.454无变化A95/42E96/38A19/12滑停前11-221:5032441.1/40.20.489A105/49E105/3411-222:4532340/45同上78/93A114E114762/5411-088:1530039.6/400.4778/102A128/36E131/40A18/21E16/611-0811:405758142.5/43.30.48477/101A119/49E122/26A16/10E15/18负荷稳定

11、后11-0816:4555140A119/39E122/28E18/2411-0817:3557892.338.8/38.1A111E113/3911-0818:055798238.2/37.5A115/41E11411-0819:0557879.540/35A136E137A 侧氢温升高5c 后11-0819:325818241/41A104/34E103/33氢温稳定 10min11-0819:5557876.741.3/40.9A113E10911-0820:30A110E111#1、4 氢冷器进水关闭11-098:1555669.338.9/38.90.44976/100A93/48E

12、94/26/748/45A22/5E23/2111-0912:00未变0.40A71/51E77/41A 侧台板顶丝初紧 6 颗后11-0912:05未变台板 A40/3275/98A64/52E65/38E 侧台板顶丝紧 4 颗后11-0913:45未变0.51541/41.177/97A71/48E73/37氢压从 0.4 升至 0.515 后11-0914:30未变76/96A59/53E57/4348/50A22/3E22/18A 侧台板顶丝共紧10 颗后11-118:3545776/92A57/50E56/4152/5311-149:1045466.540.1/40.60.47075

13、/96A53/55E55/4250/51A24/2E25/1811-155736938.8/38.70.473A52/54E54/41A25/2E25/17台板 A29/3011-1612:005559041.2/41.50.47576/98A53/52E54/4245/47A30/6E30/2111-189:1045275/96(-)51,52A21/9E20/11说明：所有的振动表示方法：例 A52/54/7E54/41右侧、水平/垂直/轴向、左侧、水平/垂直/轴向。4 4 刚性对汽端轴承振动的影响9#9#轴承为发电机汽端端盖轴承，转子一轴承一支撑端盖一定子定子底脚台板构成一支撑系统，支撑

14、系统除刚度不足外还可能发生结构共振。本人看来，此次振动的主要原因不是本身结构刚度不足，而是结构的自振频率与转子激振力一致，发生了结构共振。结构共振结构共振机理：如果结构系统（支撑、缸体或台板）存在和激振力一致的固有频率，在共振放大系数较高的条件下发生共振现象，这就是结构共振。造成茂名发电机出租共振的激振力大多数来自于转子的不平衡力，因此共振频率与转速相同， 表现为基频或工频， 为 50Hz50Hz 结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输出。共振时的响应取决于结构系统的频响特性，激振力的大小不起关键作用。机组结构设计时应使与转子关联的结构自振频率避开 50Hz50Hz 和其它一些特殊频率点，如发

15、电机、励磁机结构应避开 100Hz,100Hz,汽轮机结构应避开 2525、100Hz100Hz结构共振的特点?如果存在结构共振，缺陷是固有的，共振的现象应该重复性很好，在任何工况下都能测到，可能存在的差别仅仅是量值。?观察升降转速和超速过程的波特曲线，在 3000rpm3000rpm 附近就有非临界转速的振动峰。结构共振峰的形状不可太平缓，也不可太尖锐，否则都不是共振峰。结构刚度不足结构刚度不足是指机组支撑结构刚度过低，“刚度”是广义的，泛指转子支撑一缸体一基础整个系统的刚度。发电机转子是端盖轴承，除可能出现端盖的结构共振外，刚度设计不足也可能发生。一个实际的汽轮发电机组转子一轴承系统，对转

16、轴或轴承振动会有直接影响的只会是“共振”，刚度不足不会成为机组振动的直接原因。支撑系统刚度低时，只有在其它因素发生变化，如真空、排汽缸温度、支撑系统热态发生变化，引起转子相对静止部件位辂发生变化，造成动静碰摩，方可导致大振动，对实际机组，在不平衡量很小的条件下，只要没有发生动静碰摩，即使支撑刚度低，也不会出现振动问题。共振和刚度低的振动表现形式共振呈现在整个转速范围内的某一点或几点瓦振绝对值偏大，相对轴振和瓦振之比减小；刚度低的振动表现为在整个可变化的转速范围内振动值偏大，但一般偏大的量不明显，刚度低同样可能使瓦振接近或大于轴振，加重的影响系数偏高，而且它应该是同一类型机组的通病。刚度低的振动

17、还表现为真空、排汽缸温度、支撑系统热态等参数变化时，轴承座绝对标高或转轴相对轴瓦垂直位辂的变化。处理方法不一样。提高茂名发电机租赁支撑系统的刚度主要提高静刚度，增加支撑筋板或支柱；改变支承的共振特性则要从调整相应频率的动刚度着手。5 5 汽端振动大的结论那么，此次结构共振是如何发生的呢？笔者认为，机组小修前可能已经发生了共振响应。因为在小修时已经发现有台板垫片在机组停运前振出，说明发电机承载分配不好，修前 9#9#轴承水平振动也已达70m70m 左右，只是放大系数不同。经过检查，可以认为小修前后轴承支撑球面和端盖紧固情况没有变化，因调整中心，发电机横向移动 0.30mm0.30mm 也不足以改

18、变发电机的承载分配，况且，0.30mm0.30mm 相对于台板垫片的接触宽度完全可以忽略不计。最可能的原因是氢冷器支撑方式的改变，虽然不会改变定子刚度，但可以改变定子的频响特性；发电机内部风道密封也存在大的间隙，会增加不对称的扰动力，改变静子部分的固有频率，使得结构共振时幅值有很大的增加，但结构共振的质的问题没有改变。实际上 9 9 椭由承的振动现象完全与结构共振吻合，与刚度不足的特点有较多差异；而惠州发电机出租刚度不足是在设计和制造时固有的，虽然，连接在定子上的氢冷器进行过改造，但开孔位辂、尺寸、重量均未变，不应影响定子刚度，在与制造厂哈尔滨电机厂的咨询答复中也验证了这一点；包括专家在内均排除机组动静摩擦的可能性，运行中振动不应突然放大；9 9 椭由振表明转子没有出现大的不平衡量，没有剧增的扰动力；值得提醒的是，转子出现新的质量不平衡主要可能来自转子上部件的移位，护环在大修中的重新套装、线棒的更换等，应对转子进行跟踪。实际处理中紧固了发电机定子底脚台板，应是改变了支承的动刚度。因此可以排除结构刚度不足。虽然现场未实测发电机台板的固有频率，不知是否落入 50Hz50Hz 的共振区，但亦足以可下结论，9 9 椭由承的振动主要是因为支撑系