某电厂300MW发电机轴承振动原因分析与处理

某电厂300MW发电机轴承振动原因分析与处理【摘要】新机组试运行调试过程中，发生各种类型难题。

本文针对某热电厂300mw机组在168小时试运期间发电机轴承突然振动增大原因分析，并在运行中采取特殊方法处理，确保了168小时试运连续进行，圆满完成机组的试运工作，供电厂安装和调试参考。

【关键词】机组调试轴承振动分析处理
某热电厂为国产300mw循环流化床锅炉燃煤机组。

汽轮机为东方汽轮机厂产品，型号为c300-16.67/1.0/537/537，亚临界、中间再热、单轴、三缸双排汽凝汽式、单级可调整抽汽两用型汽轮机，发电机为东方电机厂产品，型号为qfsn-330-2-20，水，氢，氢冷却方式，并自励静止励磁。

轴系支撑方式为：#1、#2轴承为汽轮机高中压缸转子两端支持轴承，#3、#4轴承为低压缸转子两端支持轴承，#5、#6轴承为发电机转子两端支持轴承，共有6只支持轴承。

汽轮发电机转子轴系和轴承座均安装有占线振动实时测量保护装置。

#1机组在168小时试运期间，发电机#5轴承垂直振动最大上升到92um，经过多方查找原因并在运行中得以处理，#5轴承垂直振动小于55um，保证了机组安全连续运行，圆满地完成了168小时的试运工作。

1 问题的提出
2009年11月21日10：00时，#1机组调试工作开始进入168
小时连续运行考核阶段。

22日早晨7：00发电机#5轴承垂直振动
幅值开始有所增大，由28um逐渐增大到50um，轴振幅值曲线并没有随之增大的趋势。

除了占线测振记录以外，运行人员每半小时到就地测振监视机组运行。

23日凌晨0：35分左右，#5轴承垂直振动幅值突然增大到78um，振动幅值曲线几乎呈直线状上升，然后又趋于稳定。

而#5轴承水平方向和轴向方向振动只有26～32um。

当班调试人员指挥运行人员对发电机的密封油温度、内冷水温度、发电机风温（氢气）、无功负荷、有功负荷等参数进行反复调整，试图找到影响轴承振动的原因。

在调整内冷水温度、发电机无功负荷、有功负荷时，#5轴承垂直振动几乎没有明显的变化，调整密封油温度#5轴承垂直振动有极小略微的变化。

而调整发电机风温时，#5
轴承垂直振动发生明显的变化。

将发电机出口风温也从45℃提高到65℃时，#5轴承垂直振动幅值由78um下降到62um，下降趋势明显。

当发电机出口风温下降时，#5轴承垂直振动曲线也随之上升。

对应的#5轴振曲线跟随轴承振动曲线同步变化，但是变化幅度较小，不成同比例变化。

但是，到早晨7：30分左右，#5轴承垂直振动幅值逐渐发展，最大到92um，发电机出口风温已经调整到72℃，没有再上调的空间了，再上调发电机出口风温，必将影响发电机及绝缘安全和寿命。

2 原因分析
#5轴承垂直振动幅值最大达92um的情况下继续坚持168小时试运工作潜在极大的安全风险，但是没有找到真正的振动原因停机，不能有针对性地采取有效措施去解决问题。

如果振动上升到100um，
也必须紧急打闸停机。

由于引起机组轴承振动的原因非常复杂。

转子动不平衡、转子与轴承同心度偏差过大、轴承乌金轻微磨损、轴承安装紧力或垫片数量不当、转子励磁磁场畸变、本体地脚螺栓松动等均能引起发电机轴承振动。

甚至相邻的汽轮机低压缸本体振动、盘车内部装置故障、发电机冷却器安装不当，发电机内部风（氢）路循环受阻都可以引起发电机振动，从而带动轴承振动。

试运指挥部临时成立攻关小组，对发电机#5轴承振动原因进行攻关分析诊断。

攻关小组查看分析了夜班对发电机的密封油温度、内冷水温度、发电机风温（氢气）、无功负荷、有功负荷等参数反复调整对各轴承振动和相对应大轴振动（简称轴振，以下同）曲线的变化情况，认为上述参数变化对#5轴承振动影响不是根本原因。

同时发现尽管#5轴承垂直振动很大，但是对应#5轴承的大轴振动垂直方向振动曲线虽然也同步增大，但增加幅度不大，最大只有从16um上升为23um，仅增加7um。

分析认为#5轴承垂直振过大并不是由大轴振动大引发的，而是由发电机壳体内部或外部原因引发的。

用便携式测振表到就地测量#1～#6轴承盖各个方向的振动情况，了解到#5轴承相邻的#4轴承和#6轴承盖的垂直振动均小于36um，因此分析判断不是由相邻轴承振动大引发的。

对发电机端盖环形法兰螺栓和轴承座螺栓进行检查，也未发现异常。

然后，将发电机本体汽端的端盖法兰中分面从右边到左边（从汽轮机头方向看）确定了几个测量基点（见图1）a、b、c、d、e、f、g并进行测量，测量垂直振动
幅值如表1。

表1 发电机汽端本体端盖中分法兰面测量振动幅值
图1 发电机本体汽端端盖中分法兰
对应发电机本体励端的端盖法兰中分面从右边到左边确定的a、b、c、d、e、f、g各基点位置也进行测振，测量垂直振动幅值如表2。

表2 发电机励侧本体端盖中分法兰面测量振动幅值
图2 发电机本体汽端右侧螺栓
对以上发电机汽端和励端本体端盖中分法兰面测振幅值表1和表2数据分析，#5轴承座的垂直振动幅值并不是最大，而是发电机本体汽端结合面右侧a点最大，结合轴振垂直振动幅值不大的特点，初步分析认为是发电机本体汽端右侧地脚螺栓松动所致。

试运指挥部召集安装和调试人员一起将发电机本体汽端右侧面的防护盖板点焊固定点锯开，拆卸防护盖板，检查地脚螺栓螺母的紧度情况，发现靠近本体端头侧第一颗螺栓的螺母（见图2）完全松脱，用手即可轻松旋转下来。

据安装公司人员回忆，当时校紧发电机台板地脚螺栓时，由于该螺栓附近安装有发电机氢气冷却器的φ159供回水两条管道，作业空间受到阻碍，难以用大锤冲击力量校紧螺栓螺母，只在螺母上安装一个加力杆后四个人用力搬紧螺栓的，因此螺母与螺栓的紧力仍然不够，机组运行中由于振动导致螺母逐渐逐渐松脱。

分析认为，0：35分左右，#5轴承垂直振动幅值突然呈直线状上升到78 um，
然后又趋于稳定的曲线表明，此时螺母彻底与螺栓松脱的结果。

随后，#5轴承垂直振动幅值缓慢的由78 um增大到92um，是由于附近第二只螺栓的螺母紧力受到壳体振动大的影响，发展其紧力也开始减小的结果。

3 处理方法及结果
原因找到了，处理起来看是容易，但实际上却颇费一番周折，将#5轴承垂直振动大问题彻底解决经过了反复过程。

在回装松脱的螺母时，由于受氢冷机组运行期间防爆安全条件的限制，同时附近有氢气冷却器两条冷却水供回水管道妨碍，不能使用大锤加扳手的冲击击打方式校紧螺母，只能采用套装更长的加力杆，四个人用力校紧螺母的方式。

同时，用便携式测振表测量发电机本体汽端法兰面a点的振动变化情况，当每搬动半圈螺母，a点振动下降幅度达12um左右，直至四个人无法再搬动螺母了。

最终a点振动降到86um，#5轴承盖振动降到了56um。

虽然振动仍然略微超出标准，但可以保证机组安全地继续运行下去了，准备168小时试运结束后停机，再进行彻底的处理。

然而，2009年11月25日，机组168小时试运进入到第5天，发电机#5轴承垂直振动幅值又再次逐渐增大，振动曲线最高上升到了68um，而且地脚螺栓螺母无论如何也无法搬动了。

如果后续几天#5轴承振动再有所发展，168小时试运将半途而废。

攻关小组成员经过对#5轴承垂直振动48小时的曲线进行分析比较，分析出一个规律，就是每当进入白天，#5轴承垂直振动曲线就下降，进入夜间，
#5轴承垂直振动曲线就开始上升，呈现白天和夜间周期性变化。

同样，发电机本体汽测端盖法兰面监测a点记录表显示也是同步于#5轴承垂直振动曲线变化。

到现场反复查找原因分析，发现发电机地脚台板厚度达70～80mm。

在无法找到其他原因的情况下，对发电机达70～80mm厚度的地脚台板进行的分析研究，认为：白天，汽机厂房内温度逐渐升高，发电机地脚台板温度随之上升，台板膨胀，厚度增加，螺栓螺母紧力增大，发电机本体汽端外壳振动减小；夜间，汽机厂房内温度逐渐降低，发电机地脚台板温度随之下降，台板收缩，厚度减小，螺栓螺母紧力减小，发电机本体汽端外壳振动上升。

基于这一分析理论，安排人员将发电机本体汽端右侧面用保温棉局部包上，使发电机内热风的热量传递到地脚台板后不能很快散发掉，使地脚台板始终处于加热膨胀中，增大螺栓螺母的紧力。

这一措施果然奏效，保温棉包好30分钟，轴承盖振动就开始下降了，逐渐由68um下降到54um。

此后，#5轴承振动再没有随白天和黑夜有规律振动幅值变化，用发电机地脚保温的方式一直维持到机组168小时试运结束。

停机后，卸下发电机四角氢气冷却器的两条供回水管道，并将发电机四周所有的地脚螺栓螺母全部重新松开，重新找好发电机中心后，再将所有的螺栓螺母全面用大锤冲击打紧，再次启动运行，发电机#5轴承垂直振动幅值为28um，振动幅值再没有增长问题了。

4 相关启示
通过发电机本体#5轴承垂直振动过大原因的分析和处理，对机
组安装和主辅机振动原因分析有较好的启示。

（1）发电机本体安装过程中的工序应该改变，应先安装并校紧发电机本体地脚螺栓，然后再安装氢气冷却器的冷却水供回水管道，为发电机本体地脚螺栓安装与校紧工作留出宽阔的作业空间，能够确保将地脚螺栓螺母打紧锁死。

（2）此案例证明，发电机厚厚的台板受环境温度影响到地脚螺栓和螺母压紧力，这一点容易被忽视。

查找振动原因时，往往没有将台板的热胀冷缩对地脚螺栓和螺母压紧力的影响纳入分析范围。

一般情况下，发电机的地脚螺栓安装都是在常温状态下安装校紧的，运行后厂房热量温度增加地脚螺栓和螺母压紧力更大，不会发生本案情况。

但值得注意的是，分析轴承振动时要研究轴承的振动与厂房内的环境温度关联程度，如果关联程度很同步规律，就要注意主辅设备的台板、轴承座的热胀冷缩对螺栓螺母紧力的影响。

（3）通过此案例保温措施的处理，对发电机轴承振动随发电机风温提高而减少的原因有了更深刻的认识。

有些发电机的轴承振动大，通过临时调整提高发电机的风温，明显地减小轴承的振动值，事实上就是增加风温向发电机本体和台板传递传热量，其结果：或者是增加螺栓与台板膨胀紧力的效果，或者是热量使发电机本体中心抬高改善转子与定子同心度的效果。

机组停机后，应该全面仔细的查找与风温变化有关的因素并处理。

5 结语
首先通过轴振曲线和轴承振动曲线变化幅度判明#5轴承振动大
不是由转子大轴振动大引发为前提，再通过对发电机本体端盖横向合理确定划分测量各点，找出发电机本体振动趋势，判断出发电机本体汽端右侧地脚螺栓松脱，以及根据厂房环境温度对发电机厚厚的台板热胀冷缩对螺栓螺母紧力的影响来处理本体振动方法，可为处理类似问题提供借鉴。

参考文献：
[1]施维新.汽轮发电机振动及事故[m].北京：中国电力出版社，1998.
[2]张学延.汽轮发电机振动诊断.中国电力出版社，2008.。