50 MW機(jī)組3號軸承振動處理
2008-08-07
摘要：詳細(xì)分析了某電廠50 MW機(jī)組3號軸承振動的原因，并介紹了其振動處理過程以及處理過程中遇到的一些問題，指出機(jī)組的振動主要是由于質(zhì)量不平衡、3 000 r/min存在共振以及發(fā)電機(jī)存在較大的熱變形引起的。
關(guān)鍵詞：50MW機(jī)組；振動；原因；處理
中圖法分類號：TK268
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1003－6954(2004)02－0021－03
某電廠50 MW機(jī)組是由原東德貝曼-保西工廠于1962年生產(chǎn)的50 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)簡圖見圖1所示。
圖1 50 MW機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意圖
該機(jī)組于2002年進(jìn)行大修，大修期間更換了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，2002年7月底大修后開機(jī)由于3號軸承振動較大而使機(jī)組不能升速至3 000 r/min，當(dāng)時對其進(jìn)行了現(xiàn)場高速動平衡，動平衡結(jié)果為在帶負(fù)荷觀察期間3號軸承的振動在合格的范圍內(nèi)運(yùn)行。在運(yùn)行了約一個月之后，該機(jī)組于2002年9月初又出現(xiàn)了3號軸承振動較大以至于不能升速到3 000 r/min的情況，于是又對其進(jìn)行了處理。進(jìn)入2003年3月，由于電氣方面的原因機(jī)組在3 000 r/min下空轉(zhuǎn)了較長時間也未能并網(wǎng)，機(jī)組來回幾次升降速后3號軸承振動出現(xiàn)較大的現(xiàn)象，以至Z后由于3號軸承的振動較大而使機(jī)組無法帶負(fù)荷，于是又對3號軸承的振動進(jìn)行了處理。
1 原始振動情況
大修后機(jī)組于2002年7月29日次開機(jī)，當(dāng)機(jī)組升速至2 750 r/min時，3號軸承振動已達(dá)129 μm，考慮到是大修后次開機(jī)，機(jī)組可能存在摩擦和膨脹不暢，于是決定停機(jī)后重新暖機(jī)升速。第二次開機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速升至2 750 r/min時，3號軸承振動更大達(dá)到了140 μm，第二次開機(jī)過程機(jī)組的原始振動見表1。
表1 機(jī)組原始振動
通過對兩次開機(jī)過程3號軸承振動的瀑布圖（見圖2所示）分析，可以看出機(jī)組的振動屬于普通強(qiáng)迫振動。
圖2 開機(jī)過程3號軸承振動瀑布圖
在排除了軸承座連接剛度方面的原因后，可以認(rèn)為3號軸承振動過大的原因是由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上存在質(zhì)量不平衡引起的。通過對機(jī)組3號軸承和4號軸承振動的分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在比較明顯的二階振動；同時對3號軸承的振動波德圖（見圖3）分析，可以看出機(jī)組在接近3 000 r/min時軸承的振動存在一個急劇增加過程，故機(jī)組在接近3 000 r/min時存在共振現(xiàn)象。
圖3 開機(jī)過程3號軸承振動波德圖
由于3號軸承在3 000 r/min左右存在共振區(qū)域，即使轉(zhuǎn)子本身的不平衡量不大，由于共振的放大作用，機(jī)組也可能產(chǎn)生較大的振動，在這種情況之下，軸承振動對轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡特別敏感，如果轉(zhuǎn)子的不平衡量較大，則機(jī)組的振動可能會異常大，這就是3號軸承振動較大的根本原因。
2 振動處理過程
針對上面的情況，如果采取對癥下藥的方法，則應(yīng)該改變發(fā)電機(jī)的二階臨界轉(zhuǎn)速，使其遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，但這顯然不是一件容易的事情。于是決定從減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡量方面入手。通過對機(jī)組原始振動的分析，可以看到3號軸承的振動比2號軸承和4號軸承的振動明顯大得多，所以可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡主要來自于發(fā)電機(jī)靠3號軸承側(cè)，所以決定在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上靠3號軸承側(cè)的平衡槽內(nèi)進(jìn)行加重。現(xiàn)場高速動平衡試驗過程2、3和4號軸承的振動數(shù)據(jù)見表2。機(jī)組次升速到2 750 r/min時3號軸承的振動已接近150 μm（見表2中序號1），只能降速停機(jī)，停機(jī)打開發(fā)電機(jī)人孔門后發(fā)現(xiàn)平衡槽內(nèi)原有加重已經(jīng)有1 kg左右，于是決定先取下一些平衡塊后再開機(jī)。取下一部分原有加重后3號軸承的振動在機(jī)組轉(zhuǎn)速到2 750 r/min時為30 μm左右，到3 000 r/min時仍達(dá)到了130 μm（見表2中序號2）。由于在3 000 r/min時機(jī)組的振動還比較大，于是進(jìn)行加重處理，在加重503 g∠280°(文中試加重角度均以鑒相器為準(zhǔn)逆轉(zhuǎn)向計算)后3號軸承的振動在合格范圍內(nèi)（見表2中序號3），當(dāng)天交由電氣進(jìn)行試驗。第二天機(jī)組重新開機(jī)，到3 000r/min時3號軸承的振動較前一天大（見表2中序號4），接近60μm，為了觀察軸承振動的變化情況，機(jī)組在3 000 r/min空轉(zhuǎn)情況運(yùn)行近兩小時，3號軸承的振動變化到接近80 μm，而且相位也有較大變化，變化過程見圖4，可見振動的變化較大，所以可以肯定發(fā)電機(jī)受熱后存在較大的變形。
圖4 3 000 r/min空轉(zhuǎn)時3號軸承振動
由于3號軸承的振動仍然較大，而且發(fā)電機(jī)存在熱變形，于是再次對試加重進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整試加重后機(jī)組的振動見表2中序號5，從表中可見3號軸承的振動在機(jī)組剛到3 000 r/min時較小，帶負(fù)荷后振動逐漸增大，Z后接近90 μm，不得不再次停機(jī)對試加重進(jìn)行調(diào)整。此次試加重帶負(fù)荷過程3號軸承振動變化趨勢見圖5所示，從圖中可以清晰地看見軸承振動的變化過程，進(jìn)而再次證明了發(fā)電機(jī)存在熱變形現(xiàn)象。
圖5 帶負(fù)荷過程3號軸承振動向量圖
根據(jù)上述情況，如果3號軸承在3 000 r/min空轉(zhuǎn)時振動較小，由于發(fā)電機(jī)熱變形會使振動變到一個較大的值 ；針對此現(xiàn)象 ，根據(jù)3號軸承振動的變化趨勢，如果機(jī)組在3 000 r/min空轉(zhuǎn)時事先給予一個與其振動變化趨勢相反的振動，那么機(jī)組帶負(fù)荷后振動就會逐漸變小，由于機(jī)組不可能在3 000 r/min長時間空轉(zhuǎn)，所以空轉(zhuǎn)時振動大一些是可以接受的，只要能夠保證機(jī)組帶負(fù)荷期間振動在合格范圍內(nèi)就可以了。根據(jù)上述思路，于是決定再次調(diào)整試加重，本次試加重為503 g∠215°，試加重后的效果見表2中序號
表2 動平衡過程一覽表
圖6 帶負(fù)荷過程3號軸承振動向量圖
正如事先預(yù)見的一樣，在3 000 r/min時3號軸承振動較大，帶負(fù)荷后振動逐漸變小。3號軸承振動在整個帶負(fù)荷過程的變化趨勢見圖6所示，可見機(jī)組的振動情況良好，試驗過程到此為止。
3 結(jié)論
通過上面對該機(jī)組振動原因的分析及實施動平衡試驗過程來看，認(rèn)為該機(jī)組3號軸承振動較大的原因是由以下三方面相互作用而引起：1）機(jī)組在3 000 r/min左右存在一個共振區(qū)，任何較小的質(zhì)量不平衡都可能引起較大的振動。2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定質(zhì)量的不平衡量，在共振區(qū)域下運(yùn)行將產(chǎn)生較大的振動。3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受熱后質(zhì)量分布發(fā)生改變，這將引起機(jī)組帶負(fù)荷后振動變化。
