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　　摘　要：針對(duì)國產(chǎn)125MW（135MW）機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸承異常振動(dòng)問題，在取得了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究成果并結(jié)合多年現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該型機(jī)組的發(fā)電機(jī)后軸承異常振動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了處理解決的途徑。實(shí)踐證明，對(duì)振動(dòng)分析及處理方法是行之有效的。
　　關(guān)鍵詞：125MW機(jī)組；汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)；軸承振動(dòng)；轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)
　　國產(chǎn)125MW機(jī)組以及改造后的135MW機(jī)組在江蘇省投運(yùn)有二十余臺(tái)，總的來說，這些機(jī)組的振動(dòng)狀況還是好的。但是，機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸承存在異常振動(dòng)，排除測(cè)點(diǎn)處存在強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量的干擾外，該軸承軸向振動(dòng)超標(biāo)，似乎已成通病。有些機(jī)組為此停機(jī)多次，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
　　1　發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)機(jī)理
　　有多臺(tái)國產(chǎn)125MW（135MW）機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后軸承的振動(dòng)水平都偏高，主要表現(xiàn)有：（1）軸的振動(dòng)測(cè)量值虛假偏大；（2）軸承的頂部垂直振動(dòng)存在差別振動(dòng)，從而導(dǎo)致軸承的軸向振動(dòng)偏大；（3）軸系上的擾動(dòng)力過大。
　　過去投運(yùn)的一些老機(jī)組沒有安裝汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）保護(hù)裝置，發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)主要表現(xiàn)為軸承頂部的差別振動(dòng)和軸向振動(dòng)大。后來新投運(yùn)的機(jī)組基本都安裝了TSI保護(hù)裝置，可以直接測(cè)量軸的振動(dòng)，多臺(tái)機(jī)組實(shí)測(cè)顯示該軸承軸向振動(dòng)大，而實(shí)際上是虛假值，在此分別進(jìn)行分析和闡述。
　　1.1軸振數(shù)據(jù)顯示偏大及其原因分析
　　125MW（135MW）機(jī)組軸系有2種支承方式：
　?。?）3支承方式，即汽輪機(jī)高中低壓轉(zhuǎn)子3個(gè)軸承支承，發(fā)電機(jī)2個(gè)軸承支承，則發(fā)電機(jī)的后軸承是5號(hào)軸承；（2）4支承，即汽輪機(jī)高中低壓轉(zhuǎn)子4個(gè)軸承支承，則發(fā)電機(jī)的后軸承為6號(hào)軸承。本文著重討論發(fā)電機(jī)后軸承的振動(dòng)問題。
　　圖1為實(shí)測(cè)到的某臺(tái)125MW機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)波形圖，每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)存在著2個(gè)負(fù)向尖脈沖，這是由于渦流傳感器測(cè)到的發(fā)電機(jī)線圈引出線的強(qiáng)大的磁場(chǎng)干擾所致，振動(dòng)信號(hào)完全被脈沖信號(hào)淹沒，分析此時(shí)振動(dòng)測(cè)量值，其通頻信號(hào)為165μｍ，而工頻信號(hào)僅36μｍ。由于TSI保護(hù)裝置不能分辨通頻和工頻信號(hào)，而只能檢測(cè)到峰一峰值，因此顯示其幅值為165μｍ，系統(tǒng)報(bào)警燈常亮。實(shí)際上這時(shí)的測(cè)量值已失去監(jiān)視價(jià)值。 　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒的引出線端口在后軸承側(cè)，圖2示意發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后軸承部位橫截面的結(jié)構(gòu)特征：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在該軸承軸頸的內(nèi)部存在孔洞，而該軸承的軸向振動(dòng)測(cè)量傳感器就安裝在軸頸部。根據(jù)渦流傳感器測(cè)量原理可知，非接觸式渦流傳感器的輸出電壓正比于傳感器測(cè)量面與被測(cè)金屬表面之間的距離，要求被測(cè)金屬不能有鍵槽、凸臺(tái)、孔洞等不均勻材質(zhì)。但是，實(shí)測(cè)該處軸表面到孔洞的距離，已經(jīng)大于渦流傳感器直徑的（3～5）倍。因此，測(cè)量誤差不可能由材質(zhì)不均勻而導(dǎo)致。經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組加勵(lì)磁電流并帶負(fù)荷后，振動(dòng)就有突然增大的現(xiàn)象，因此可以確認(rèn)：由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的發(fā)電機(jī)線圈出線離振動(dòng)測(cè)量渦流傳感器相對(duì)較近，當(dāng)加勵(lì)磁電流時(shí)，強(qiáng)大的磁場(chǎng)效應(yīng)作用，使得渦流傳感器的測(cè)量受到很大的干擾，在振動(dòng)波形圖上每轉(zhuǎn)出現(xiàn)2個(gè)負(fù)脈沖的干擾信號(hào)。 　　在另一臺(tái)137MW機(jī)組上也檢測(cè)到類似的振動(dòng)波形，圖3和圖4為某電廠改造后的137MW機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸承的軸向振動(dòng)波形圖。其中，圖3為機(jī)組空載時(shí)的發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)波形圖，當(dāng)時(shí)沒有勵(lì)磁電流的影響，僅反映軸向振動(dòng)波形，而圖4為機(jī)組帶負(fù)荷后的發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)波形圖。顯然，波形圖里的負(fù)脈沖是受到勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的影響。這時(shí)軸向振動(dòng)的通頻振幅為156μｍ，工頻振幅為87μｍ，TSI系統(tǒng)顯示發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)為156μｍ。 　　1.2軸承振動(dòng)問題
　　有多臺(tái)125MW機(jī)組存在發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)偏大的問題，尤其是軸向振動(dòng)偏大。
　　分析發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)偏大的原因，主要有3個(gè)方面：（1）球面軸承不能自定位引起軸瓦邊接觸導(dǎo)致軸向振動(dòng)大。（2）軸承座與基礎(chǔ)臺(tái)板的結(jié)合不夠緊密，在軸承座的垂直振動(dòng)沿軸向方向存在差別振動(dòng)；（3）軸承墊鐵松動(dòng)，軸頸在旋轉(zhuǎn)一周中呈現(xiàn)4倍或3倍的高次諧波，且諧波忽大忽小地變化。
　　圖5為某電廠125MW機(jī)組的軸系支承簡(jiǎn)圖，該機(jī)組的汽輪機(jī)為3支承，故發(fā)電機(jī)后軸承為5號(hào)軸承。 　　分析5號(hào)軸承的結(jié)構(gòu)和所處位置，由于軸系揚(yáng)度調(diào)整的需要，5號(hào)軸承的標(biāo)高比3號(hào)軸承要高出幾厘米，使5號(hào)軸承軸頸處于略為傾斜的狀態(tài)。在檢修時(shí)，往往能看到5號(hào)軸承的下軸瓦單邊接觸的磨痕。為了使軸頸在軸承里能夠得到自調(diào)整，5號(hào)軸承的下軸瓦枕被設(shè)計(jì)為球面形狀，當(dāng)軸頸在軸瓦里略為傾斜時(shí)，軸瓦具有自定位能力，使軸頸能和軸瓦完全接觸，改善振動(dòng)水平。
　　然而，由于長(zhǎng)期運(yùn)行，機(jī)組的整體基礎(chǔ)發(fā)生一定的變化。比如，有的機(jī)組在廠房?jī)?nèi)是橫向布置的，即機(jī)頭朝向鍋爐房，這樣的布局經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，機(jī)頭側(cè)的廠房即鍋爐房側(cè)的整體基礎(chǔ)有下沉的趨勢(shì)，使得機(jī)組的1號(hào)軸承標(biāo)高比初安裝時(shí)有所降低。在現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)，要使1號(hào)軸承基礎(chǔ)恢復(fù)到原設(shè)計(jì)狀況是有一定難度的，為保證軸系的揚(yáng)度，往往將機(jī)組尾部抬得更高，這就使得5號(hào)軸承的軸瓦邊接觸情況更嚴(yán)重。另外，瓦枕的球面經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后往往銹死，不能自如活動(dòng)，球面自定位的功能無法實(shí)現(xiàn)，使得5號(hào)軸承頂部的垂直振動(dòng)沿軸向方向出現(xiàn)差別振動(dòng)，造成軸向振動(dòng)偏大。
　　圖6所示的是某臺(tái)125MW機(jī)組5號(hào)軸承外特性試驗(yàn)振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)。軸承頂部垂直振動(dòng)在發(fā)電機(jī)側(cè)為69μｍ，勵(lì)磁機(jī)側(cè)16μｍ，差別振動(dòng)達(dá)4.3倍，此時(shí)的軸向振動(dòng)達(dá)100m。當(dāng)時(shí)將底腳螺絲擰緊，差別振動(dòng)減小，垂直振動(dòng)及軸向振動(dòng)均降低到50m以下。由此可見，軸承頂部垂直振動(dòng)沿軸向的差別越大，軸向振動(dòng)就越大。反之，當(dāng)垂直振動(dòng)的差別振動(dòng)較小時(shí)，軸向振動(dòng)就小。 　　1.3軸系擾動(dòng)力分析
　　軸承座上發(fā)現(xiàn)上述問題應(yīng)及時(shí)予以處理，如果有的機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸承沒有發(fā)現(xiàn)明顯的問題，則應(yīng)考察發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的擾動(dòng)力。有的機(jī)組在通過發(fā)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)出現(xiàn)很大的1階振動(dòng)響應(yīng)，需要增加升速率才能通過；有的機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)振動(dòng)超標(biāo)，主要表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)2個(gè)軸承的反相振動(dòng)超標(biāo)，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的2階振動(dòng)偏大，這種強(qiáng)迫振動(dòng)屬于質(zhì)量不平衡，可通過現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡加以改善。
　　2　消除發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)的措施
　　2.1軸振的測(cè)量
　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后軸承軸向振動(dòng)的測(cè)量可以采用接觸式測(cè)量（圖7）。采用一個(gè)烏金接觸面，用彈簧直接壓在軸頸表面，烏金與一延伸金屬桿剛性聯(lián)結(jié)并穿過軸瓦，此烏金面緊貼在轉(zhuǎn)子表面。所以，烏金面的振動(dòng)直接反映軸向振動(dòng)，與烏金面剛性連接的延伸桿的振動(dòng)亦即反映軸向振動(dòng)。用渦流傳感器測(cè)量金屬延伸桿的振動(dòng)，就避開了由于發(fā)電機(jī)線圈出線在通過勵(lì)磁電流時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)測(cè)量的干擾。江蘇省Z近投運(yùn)的幾臺(tái)135MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)后軸承基本上采用了這樣的測(cè)量裝置，振動(dòng)波形里大的負(fù)脈沖現(xiàn)象消失，TSI系統(tǒng)能反映真實(shí)的發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)，測(cè)量問題得到了基本解決。但是，該裝置的薄弱環(huán)節(jié)在壓緊彈簧，稍有安裝不適，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量干擾，甚至導(dǎo)致機(jī)組由于保護(hù)誤動(dòng)而停機(jī)，造成經(jīng)濟(jì)損失。 　　2.2發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)的處理
　　如前所述，在現(xiàn)場(chǎng)為了保證軸系的揚(yáng)度，往往把發(fā)電機(jī)后軸承或者勵(lì)磁機(jī)的軸承標(biāo)高抬高，使得后軸承的邊接觸現(xiàn)象嚴(yán)重，從而引起發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)大。在有的電廠檢修人員把發(fā)電機(jī)后軸承預(yù)置成傾斜的，使軸瓦與軸頸接觸更好，既保證了軸瓦的接觸，又符合軸系的揚(yáng)度，收到了良好的效果。同時(shí)，須使該軸瓦瓦枕的球面碾磨良好，很好地發(fā)揮軸瓦的自定位功能，另外，軸瓦的緊力調(diào)整適當(dāng)，底腳螺絲不能有松動(dòng)，這樣，發(fā)電機(jī)后軸承軸向振動(dòng)大的問題基本上可以得到妥善處理。
　　2.3轉(zhuǎn)子擾動(dòng)力大的處理
　　當(dāng)既不存在軸向振動(dòng)測(cè)量的誤差，又不存在后軸瓦邊接觸引起軸向振動(dòng)大的問題時(shí)，經(jīng)過分析判斷軸向振動(dòng)超標(biāo)是真實(shí)的，并且振動(dòng)為工頻的時(shí)候，可以通過現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡改善振動(dòng)，只要方法得當(dāng)，基本上進(jìn)行1次平衡就能成功，至多2次。
　　3　結(jié)論
　　國產(chǎn)125MW（135MW）機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸承振動(dòng)的問題歸結(jié)為3類：
　?。?）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈出線在轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在孔洞，由于勵(lì)磁電流強(qiáng)磁場(chǎng)的影響，導(dǎo)致軸向振動(dòng)波形存在尖負(fù)脈沖，解決的辦法是將測(cè)量方法改為接觸式測(cè)量。但是，本文中敘述的接觸式測(cè)量方法還存在抗干擾性能差，從而影響測(cè)量精度的問題，有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)。
　?。?）發(fā)電機(jī)后軸承的軸瓦邊接觸導(dǎo)致軸承振動(dòng)大，尤其軸承的軸向振動(dòng)大，判斷此問題只要測(cè)量軸承的頂部差別振動(dòng)，如差別振動(dòng)較大時(shí)，則軸向振動(dòng)會(huì)很大，處理時(shí)，一方面可以對(duì)發(fā)電機(jī)后軸承進(jìn)行調(diào)整，不僅保證軸系揚(yáng)度，也使軸瓦的接觸更好；另一方面，也可以通過動(dòng)平衡，降低垂直振動(dòng)，使軸向振動(dòng)有所改善。
　?。?）如果經(jīng)振動(dòng)試驗(yàn)研究確認(rèn)，發(fā)電機(jī)后軸承的振動(dòng)是因?yàn)檗D(zhuǎn)子擾動(dòng)力過大，可以在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡。