汽轮发电机组滑动轴承油膜振荡故障的分析与治理

３ 振 动 突 变原 因分 析
综 合 以上 振 动 特 征 ， 为 突发 振 动 是 真 实 信 认 号 ， 稳定 振动 与发 电机转 子 本 身 没 有关 系 ， 不 而是 由支 承转 子 的 轴 承 故 障 所 致 。通 过 对 振 动 突 发
性 、 动 与转 速 之 间 的关 系 及 发 电机 转 子 一 阶 临 振
ａ ｄ ｔ ｉｒ ｔｏ ｈｅ ｍｅ ｏ ｃ ｕｒ ｉ ｈ ｅ ｅ ａｏ ｅ ｒｎｇ ． Ｔｈ ｎ ｌ ｓｓ ｈ ｗｓ ｔ ｔｔ ｕｓ ｆｖｂｒｔｏ ｓ ｏｌ ｎ ｈｅ ｖｂ ａｉｎ ｐ ｎｏ ｎ ｎ ｏ ｃ ｓ ｎ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｂ ａ ｉ ｓ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｓ ｏ ｈａ ｈｅ ｃａ ｅ ｏ ｉ ａ ｉｎ ｉ ｉ
时才有 可能 发生 油膜 振 荡 。轻 载 轴 承在 该 转速 之
前 ， 能首 先 出现 油 膜 涡 动 。重 载 轴 承 在 升 速 过 可 程 中可 能直 接发 生油 膜振 荡 。
动突 增 后 的 频谱 图。 １８０ｒｍｎ之 前 ， 动 频谱 ０ ／ ｉ 振 比较“ 干净 ” 工频 以下 低频 分 量几 乎没 有 ； ８０～ ， １０ ２９０ｒｍｎ出 现 了低 频 分 量 ， 其 幅 值 尚可 控 ； ０ ｉ ／ 但 ２９０ｒｍｉ ， ０ ｎ后 频谱 图中 出现 了杂乱 的低频 分 量 ， ／
近 ， 值 达 到 １ ６ ｍ， 远 超 过 工 频 分 量 振 幅 。 幅 ６ 远
图 ６ ３００ｒｍ ｎ下取 １ ０ ｉ ／ ６周期 数 据 的 细 化 频谱
馨
陈阳 ， ： 等 汽轮发 电机组滑动轴承油膜振荡故 障的分析与治理
该 现象 与 波形 分析 结 果相 同 。当 转速 频 率 不 是 故
ｗ ｉ ａ ｌ ｏ ｅ ｅ ａ ｏ ｅ ｒｎ ｓ Ｂ ｎ ｌｚｎ ｈ ｓａｌｔ ｎ ｄ ｔ ，ｔ ｅ ｍａ ｎ ｒ ａ ｏ ｆ ｉ ｗ ｉ ｓｔ ｅ ｉ ｓ ｆ ｃｅ ｔｂ ａ－ ｈ ｐ ｆｕ ｔ ｆｇ ｎ ｒ ｔｒ ｂ ａ ｉｇ ． ｙ ａ ａｙ ｉｇ ｔ ｅ ｉ ｔｌ ｉ ａａ ｈ ｉ ｅ ｓ ｎ ｏ ｌ ｈ ｐ ｉ ｈ ｎ ｕ ｉｎ ｅ ｒ ｎ ａｏ ｏ ｉ
置如图 １ 示。 所 该 机组 在 某 次 检 修 后 开机 ， 速 ３ ０ ０ ｒｍ ｎ 定 ０ ／ ｉ
键相
（ 机组结构简图 ａ ）
时 发 电机两 侧轴 承轴 振 较 大 。根 据 对 波形 图和 频 谱 图 的分 析 ， 为 发 电 机 转 子 存 在 质 量 不 平 衡 。 认
型 的振 动 突变过 程 。５ 轴 承 ， ， 承 ｘ Ｙ４个 Ｙ６ 轴 ， 测 点振 动 几 乎 同时 突 变 ， 以 ５ 轴 承 测 点 最 为 尤
作者 简介 ： 阳 （９ ９ ） 男 ， 士研 究生 ， 陈 １８ 一 ， 硕 研究 方 向为 旋 转机械振 动工程。Ｅ— ｉ ｚｅ ｉ９６ ｉａｃｍ。 ｍａ ： ｍ １８ ＠ｓ ．ｏ ｌｈ ｎ
Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ｂ ｙ ｗｏ ｄ ：ｔ ｒ ｏ—ｇ ｎ ｒ ｔｒｓ ｔ ｌ ｉｇ ｂ ａ ｉｇ；ｏｌｗｈｐ ｅ ｅ ａｏ ｅ ；ｓｉ ｎ ｅ ｒ ｄ ｎ ｉ ｉ
１ 前 言
某 台 ３ ０ＭＷ 汽 轮 发 电机 组 由高 、 ５ 中压 合 缸 ， 低 压 缸 ， 电 机 和 励 磁 机 组 成 。励 磁 机 为 悬 臂 结 发
摘要 ： 台 ３ ０ＭＷ 汽轮发 电机组 检修后开机过程 出现异 常振 动， 现为发 电机轴 承振动 突变 。分析 表明 ， 某 ５ 表 振 动突变 的原 因是发 电机轴 承发生了油膜振荡故 障。通过对 安装数 据 的分 析 ， 为发 电机轴 承单边侧 隙偏小 是 认 诱发油膜振荡 的主要原 因 ， 通过修改轴承侧 隙和标 高消除 了机组的油膜振荡故障 。
Ｉ ． １２
０ ０
．
增大 ； 转速继 续 升高 １ ２ ｍｎ波 动 幅度 扩散 ， ０～ ０ｒ ｉ， ／ 振动 剧增 引起机 组振 动保 护动作 ， 降速到 ２７０ ～ ０ ２７０ｒｍｉ 振动值 才 能降下 来 。多次 试验 发 现 ５ ｎ后 ／
该过 程具 有很 好 的重 复性 ， 动 发 散 与 转 速 之 间 振 的关 系非 常 明显 。
２ 振 动 不稳 定现 象
（ ） 动突 变 主要 出 现 在 发 电机 前 后 端 轴 承 １振
组 因 ５轴 承 测点 振动 超过 跳 机 保 护值 而 被 迫停
收 稿 日期 ：０ １ １— ９； 回 日期 ：０ ２—０ ２ １ —１ ２ 修 ２１ ２—１ ６
上 ， 他 ４套 轴 承 振 动 稳 定 。 图 ２给 出 了一 次 典 其
关 键 词 ： 轮 发 电 机 组 ； 动 轴 承 ； 膜 振 荡 汽 滑 油 中图 分 类 号 ： Ｈ ３ ． ｔ Ｔ ２ ８ Ｔ １３ ３ ； Ｋ ６ 文 献 标 志 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ０— ７ ２ ２ １ ）９— ０ ５— ４ １０ ３ ６ （ ０２ ０ ０２ ０
Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｆＯ ｉ Ｗ ｈ ｐ Ｆａ ｔｏ ｌｄ ｎ ａ ｉ ｓ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎｔｏ ｌ ｉ ｕｌ ｆＳ ｉ ｉ ｇ Ｂｅ ｒｎｇ ｎ
２０ ５
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１０ ０ ｌＯ ５
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２０ ０
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频 率／ Ｈｚ
（）２５ １ｒ ｒｉ下的频谱图 ｂ ０ ／ ｎ ａ
２ ００
量 １０ ５
１０ ０ ５ Ｏ ０
转 运 ／ ｒｒｉ ） （・ ｎ ａ
频率／ Ｈｚ （）２９ １ｒ ｒｉ下 的频 谱 图 ｃ ２ ／ ｎ ａ
Ｔｕｒ ｂｏ — Ｇ ｅ ｅ ａ ｏ ｉ — ｎ ｒ ｔ ｒ Ｕｎ ｔ
Ｃ ＨＥ ｎ Ｎ Ｙａ ｇ，ＹＡ ＮＧ ｉｎ—ｇ ｎ Ｊ ａ ａｇ
（ ａｏ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＲ ｓａ ｈＣ ｎｅ ｆ ｕｂ —Ｇ ｎｒｔ ｉｒｔ ｎ Ｓｕｈａｔ ｎｖｒｉ ， ａｊ ｇ １０ ６ Ｃ ｉａ Ｎ ｔｎ ｌ ｎｉ ｅ ｎ ｅｅｒ ｅｔｒ ｒｏ ｅｅａ ｒ ｂａ ｏ ， ｏｔｅｓ Ｕ ｉｅ ｔ Ｎ ｎｉ ０ ９ ， ｈｎ ） ｉ ｎ ｉ ｃ ｏＴ ｏＶ ｉ ｓｙ ｎ２
明显 。振动 突 变 后 ， 秒 钟 内就 会 上 升 到 振 动 保 几
・
２ ６・
《 轴承） ０ ２ Ｎ ． ） １．ｏ９ ２
护 动作 值 。
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Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｂ ｏ ｍａ ｖｂ ａｉｎ ｏ ｃ ｒ ｎ ｔ ｅ ｓａ ｔ ｐ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ５ ＭＷ ｕ ｂ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ａ ｎ ｒ ｌ ｉ ｒ ｔ ｃ ｕ ｓｉ ｈ ｔ ｒ —ｕ ｒ ｃ ｓ ｆａ３ ０ ｏ ｔｒ ｏ—ｇ ｎ ｒ ｔｒｓ ｔａｔｒａ ｖ ｒ ａ ｌ ｅ ｅ ａｏ ｅ ｆｅ ｎ ｏ ｅｈ ｕ ，
机。 上述异常振动影响了机组的安全稳定运行。
构 ， 轴 系有 ６套 轴 承 ， 中汽 轮 机 １ ２ 轴 承 为 全 其 ， 可倾 瓦轴 承 ， ， 承 为 椭 圆 瓦轴 承 ， 电机 ５ ， ３ ４轴 发 ６轴承 为球 面瓦 轴 承 。机 组 结 构 简 图及 传 感 器 布
图 ５ ５ 轴 承 测 点 某 次振 动 突 变后 的 时域 波 形
wenku.baidu.com
图 ４是 取 ８个 采 样 周 期 数 据 所 生 成 的 频 谱 图， 频谱 分辨 率仅 为 １８转 速频 率 ，． ｚ 量 幅 ／ ９ ７Ｈ 分 值 被泄 露 到相邻谱 线 中 ， 导致 低 频 分量 比较 杂乱 。 图 ６给 出 了取 １ 采 样 周 期 数 据 所 作 的 细化 频 ６个 谱 图 。可 以看 出 ， 低频 分 量 主要 集 中在 ９７Ｈ ． ｚ附
０
５ ０
频率／ Ｈｚ
（） ｌ５ １ｒ ｍｉ下 的 频谱 图 ａ ２ ／ ｎ
图 ２ 一 次 振 动 突 变 过 程 曲 线
４５ ０ ．
（ ） ３给 出 了最后 一 次 升速 ５轴 承 Ｘ测 点 ２图 振 动 幅值 随转 速变 化情 况 。１８０ｒｍｎ之 前振 动 ０ ／ ｉ
ｉ ｇ ｓｄ ａ ｎ ｉ ｅ ｇ ｐ． Ｔｈ ｉ ｉ ａ ｔｉ ｏ ｖ ｄ ｂｙ ｍｏ ｉｙ ｎ ｈｅ ｓｄ ａ ｎ ｌ ｖ ｔ ｎ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒｂ ａ ｎｇ ． ｅ ｏ ｌｗｈ ｐ ｆｕｌ ｓｓ ｌ ｅ ｄ ｆｉ ｇ ｔ ｉｅ ｇ ｐ ａ ｄ ｅｅ ａｉ ｆｇ ｎｅ ａｏ ｅ ｒ ｓ ｏ ｉ
图 ３ ５轴 承 ｘ测 点 振 动 发 散 伯 德 图
（ ） ４给 出了 ３个 典型 转 速下 的频 谱 图 ， ３图 分 别 代 表 １ ０ ｍ ｎ之前 、 ８ ０～ ０ ｍ ｎ和振 ０ｒ ｉ ８ ／ １ ０ ２９ ０ｒ ｉ ／
图 ４ ３个典 型 转 速 下 ５轴 承 测 点 的 频谱 图
基 本 稳 定 ， 动 幅 度 较 小 ； 到 １ ８ ０～ ２ ９ ０ 波 升 ０ ０
鲁
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３ ７ ３．
ｒｍｉＨ ， 动存 在不 稳定 波动 ， ／ ｎ， 振 ￣ 但波 动幅度 尚在 控
制 范 围 内 ； ９ ０ｒｍ ｎ后继 续升 速 ， 动 幅度 明显 ２ ０ ／ ｉ 波
篓２
ＣＮ４１— １１ ／ＴＨ ４８
期 量 Ｑ Ｑ二三 鱼 Ｂｅ承ｎ ０ ２， ９ ！Ｑ Ｚ 轴ａ ｇ２ １ 年 ｏ．９ ｉ ｒ ２０１ Ｎ ２
２ —２８ ５
汽轮 发 电机 组 滑 动 轴 承 油膜 振 荡 故 障 的 分 析 与 治理
陈阳， 建刚 杨
（ 南大 学 火电机 组振动 国家工程研 究中心 ， 东 南京 ２ ０９ ） １０ ６
障频率 的 整 数 倍 时 ， Ｆ Ｆ Ｔ分 析 时 所 取 数 据 量 要 尽 可 能大 一些 ， 以减少 频率 泄漏 效 应 。
（） ２ 振动 具 有 幅 值 大 和 突 发 性 的 双 重 特 性 。
临近油 膜振 荡 时 ， 出现不 稳 定 的低 频 振 动分 量 ， 会 此 时通频 幅值会 表现 出一定 程 度 的波动 。一旦 发 生 油膜 振荡 ， 动幅值 在短 时 间 （ 秒钟 ） 振 几 内剧 增 ， 而且振 动 幅值远 大 于普通 强迫 振动 。 （） ３ 只有 当转 速 大 于 ２倍 转 子一 阶 临 界转 速
在励 磁机 、 发对 轮及 发 电机 护环 加 重 后 ， 系 动 低 轴
ｃ 传 ｂ ） 置图
图 １ 机 组 结 构 简 图和 传 感 器布 置 图
平衡 达到 较 高 精 度 。 轴 系 平 衡 结 束 ， 组 ２次 升 机
速到 ２９ ０ｒｍｉ ， 电机两端 轴 承振 动突 变 ， ５ ｎ后 发 ／ 机
而且 幅值 较大 ， 远超 过工频 分量 幅值 。 图 ５给 出了某 次振 动 突 变后 的振动 波 形 。 图 上 黑点 与汽轮 机旋 转 周期 相 对应 。该 波 形 图所 对
宣
ｉ 璺 罂
应 的转速 为 ２９ １５ｒｒｎ 由该 图反 推 出故 障信 ２ ． ／ ｉ。 ａ
号频 率 约 为 ９ ７ Ｈ ， 应 转 速 约 为 ５ ２ ｒｍ ｎ 该 ． ｚ对 ８ ／ ｉ ， 转 速与发 电机转子 一 阶 临界 转 速很 接 近 。该 现象 与图 ４不 完全 相符 。