摘要：详细分析了某电厂50 MW机组3号轴承振动的原因，并介绍了其振动处理过程以及处理过程中遇到的一些问题，指出机组的振动主要是由于质量不平衡、3 000 r/min存在共振以及发电机存在较大的热变形引起的。

　　关键词：50MW机组；振动；原因；处理

　　中图法分类号：TK268　

　　文献标识码：B　

　　文章编号：1003－6954(2004)02－0021－03

　　某电厂50 MW机组是由原东德贝曼-保西工厂于1962年生产的50 MW凝汽式汽轮发电机组，机组轴系结构简图见图1所示。

图1　50 MW机组轴系结构示意图

　　该机组于2002年进行大修，大修期间更换了发电机转子线圈，2002年7月底大修后开机由于3号轴承振动较大而使机组不能升速至3 000 r/min，当时对其进行了现场高速动平衡，动平衡结果为在带负荷观察期间3号轴承的振动在合格的范围内运行。在运行了约一个月之后，该机组于2002年9月初又出现了3号轴承振动较大以至于不能升速到3 000 r/min的情况，于是又对其进行了处理。进入2003年3月，由于电气方面的原因机组在3 000 r/min下空转了较长时间也未能并网，机组来回几次升降速后3号轴承振动出现较大的现象，以至Z后由于3号轴承的振动较大而使机组无法带负荷，于是又对3号轴承的振动进行了处理。

　　1　原始振动情况

　　大修后机组于2002年7月29日次开机，当机组升速至2 750 r/min时，3号轴承振动已达129 μm，考虑到是大修后次开机，机组可能存在摩擦和膨胀不畅，于是决定停机后重新暖机升速。第二次开机当转速升至2 750 r/min时，3号轴承振动更大达到了140 μm，第二次开机过程机组的原始振动见表1。

表1　机组原始振动

　　通过对两次开机过程3号轴承振动的瀑布图（见图2所示）分析，可以看出机组的振动属于普通强迫振动。

图2　开机过程3号轴承振动瀑布图

　　在排除了轴承座连接刚度方面的原因后，可以认为3号轴承振动过大的原因是由于发电机转子上存在质量不平衡引起的。通过对机组3号轴承和4号轴承振动的分析，发现机组存在比较明显的二阶振动；同时对3号轴承的振动波德图（见图3）分析，可以看出机组在接近3 000 r/min时轴承的振动存在一个急剧增加过程，故机组在接近3 000 r/min时存在共振现象。

图3　开机过程3号轴承振动波德图

　　由于3号轴承在3 000 r/min左右存在共振区域，即使转子本身的不平衡量不大，由于共振的放大作用，机组也可能产生较大的振动，在这种情况之下，轴承振动对转子的质量不平衡特别敏感，如果转子的不平衡量较大，则机组的振动可能会异常大，这就是3号轴承振动较大的根本原因。

　　2　振动处理过程

　　针对上面的情况，如果采取对症下药的方法，则应该改变发电机的二阶临界转速，使其远离发电机的工作转速，但这显然不是一件容易的事情。于是决定从减小发电机转子质量不平衡量方面入手。通过对机组原始振动的分析，可以看到3号轴承的振动比2号轴承和4号轴承的振动明显大得多，所以可以认为转子的质量不平衡主要来自于发电机靠3号轴承侧，所以决定在发电机转子上靠3号轴承侧的平衡槽内进行加重。现场高速动平衡试验过程2、3和4号轴承的振动数据见表2。机组次升速到2 750 r/min时3号轴承的振动已接近150 μm（见表2中序号1），只能降速停机，停机打开发电机人孔门后发现平衡槽内原有加重已经有1 kg左右，于是决定先取下一些平衡块后再开机。取下一部分原有加重后3号轴承的振动在机组转速到2 750 r/min时为30 μm左右，到3 000 r/min时仍达到了130 μm（见表2中序号2）。由于在3 000 r/min时机组的振动还比较大，于是进行加重处理，在加重503 g∠280°(文中试加重角度均以鉴相器为准逆转向计算)后3号轴承的振动在合格范围内（见表2中序号3），当天交由电气进行试验。第二天机组重新开机，到3 000r/min时3号轴承的振动较前一天大（见表2中序号4），接近60μm，为了观察轴承振动的变化情况，机组在3 000 r/min空转情况运行近两小时，3号轴承的振动变化到接近80 μm，而且相位也有较大变化，变化过程见图4，可见振动的变化较大，所以可以肯定发电机受热后存在较大的变形。

图4　3 000 r/min空转时3号轴承振动

　　由于3号轴承的振动仍然较大，而且发电机存在热变形，于是再次对试加重进行调整，调整试加重后机组的振动见表2中序号5，从表中可见3号轴承的振动在机组刚到3 000 r/min时较小，带负荷后振动逐渐增大，Z后接近90 μm，不得不再次停机对试加重进行调整。此次试加重带负荷过程3号轴承振动变化趋势见图5所示，从图中可以清晰地看见轴承振动的变化过程，进而再次证明了发电机存在热变形现象。

图5　带负荷过程3号轴承振动向量图

　　根据上述情况，如果3号轴承在3 000 r/min空转时振动较小，由于发电机热变形会使振动变到一个较大的值 ；针对此现象 ，根据3号轴承振动的变化趋势，如果机组在3 000 r/min空转时事先给予一个与其振动变化趋势相反的振动，那么机组带负荷后振动就会逐渐变小，由于机组不可能在3 000 r/min长时间空转，所以空转时振动大一些是可以接受的，只要能够保证机组带负荷期间振动在合格范围内就可以了。根据上述思路，于是决定再次调整试加重，本次试加重为503 g∠215°，试加重后的效果见表2中序号

表2　动平衡过程一览表

　　图6　带负荷过程3号轴承振动向量图

　　正如事先预见的一样，在3 000 r/min时3号轴承振动较大，带负荷后振动逐渐变小。3号轴承振动在整个带负荷过程的变化趋势见图6所示，可见机组的振动情况良好，试验过程到此为止。

3　结论

　　通过上面对该机组振动原因的分析及实施动平衡试验过程来看，认为该机组3号轴承振动较大的原因是由以下三方面相互作用而引起：1）机组在3 000 r/min左右存在一个共振区，任何较小的质量不平衡都可能引起较大的振动。2）发电机转子本身存在一定质量的不平衡量，在共振区域下运行将产生较大的振动。3）发电机转子受热后质量分布发生改变，这将引起机组带负荷后振动变化。