轴系振动影响因素的补充(施维新)

浮动和接触密封对轴系振动影响的测试及分析

施维新

摘要：介绍安装在容量为25～660MW发电机组轴系不同轴向位置上的浮动和接触密封对振动影响的测试结果，分析产生振动的机理及特征，提出诊断方法和防治对策，并对发电机转子密封瓦产生碰磨振动具备的条件作了论证。

关键词：汽轮发电机；浮动密封；轴系振动；振动机理

0前言

密封瓦作为浮动密封使用在氢冷发电机转子上已有60多年的历史。近十几年来国内在汽轮发电机轴系上较广泛地采用浮动和接触式油挡及风挡，这些密封装置却引起了轴系震动，运行中振动突然升高到报警值甚至跳闸值，直接威胁机组的安全运行，大容量发电机密封瓦碰磨引起的振动及轴振快速爬升引起的跳机。本文现场实测了安装在容量为25～660MW轴系不同轴向位置上的浮动和接触式密封装置对轴系振动产生了程度不同的影响，影响程度和振动特征比一般的转轴碰磨振动要复杂。一般转轴碰磨振动已有较深入研究，现场实用的诊断方法已较为成熟，但应用这些成熟的诊断方法，还不能准确而有效地查明这些密封装置引起的振动故障。通过测试结果，分析了振动机理，提出浮动与接触式密封引起轴系振动故障的诊断方法和防治对策，为认识这些密封装置对轴系振动影响和合理的选用，提供了实验依据和量值概念。

1、浮动和接触式密封对轴系振动影响的概述

转轴与静止部件碰磨，这里称为一般转轴碰磨，是由于转轴振动、晃

度（弯曲），使转轴径向不对称受热引起热弯曲，主要造成不平衡振动，这是目前大多数人都认识到的事实。但浮动和接触密封引起的振动还没有被认同，这是由于浮动环与转轴不直接发生摩擦，或虽然接触，但本身自带润滑，材料很软，直观认为不会引起明显振动，且这种密封装置引起的振动带有较大的随机性，解体检查，不像一般转轴碰磨那样可直观见到明显的故障点，所以认识和诊断这些密封装置引起振动有较大的难度。现介绍目前国内采用的各种形式浮动和接触式密封对轴系振动的影响。

1.1密封瓦

密封瓦与乌金相似，功能是密封氢气,所以称之为密封瓦，实际是浮动密封的一种。在以往的长期使用中，并没有出现使人关注的振动问题。从石横电厂1～3号机组（上海电机厂引进型330MW）和沙角C厂1～3号机组（法国阿尔斯通660MW）试运中，发电机转子振动出现快速爬升和振动周期性波动现象后，密封瓦碰磨产生的振动在国内才引起关注。

1.2浮动油挡

20世纪90年代初，国内的浮动油挡首先在中小机组上使用，替代传统的齿式油挡，其结构与密封瓦相同，材质是石墨和聚氟乙烯压制（或铝和石墨浇铸）。前者使用在温度较低的励磁机、发电机、低压转子的轴瓦上，后者使用在温度较高的高、中压转子的轴瓦上。目前大多作为轴瓦外油挡，这种浮动油挡使用以来，对轴系振动的影响一直未引起关注。由于具有良好的密封效果，受到现场欢迎，自20世纪90年代中期，逐渐在大机组上应用，而且从轴瓦外油挡扩展到发电机密封瓦内油挡。随着浮动油挡的广泛使用，引起轴系振动日益增多，运行中振动突然增大至报警值和跳闸值时有发生。

1.3接触式油挡和风挡

这种油挡和风挡是与转轴直接接触的。按接触材料种类划分为下列3种。

1.3.1石墨和聚氟乙烯接触油挡

自浮动油挡使用以来，为进一步改善密封效果，制造厂近几年来新推出的一种密封装置。为减小摩擦发热量，与轴接触部分车有2～3道齿，与转轴接触压力设计要求为0.03Mpa。经多台机组振动测试结果分析表明，这种接触式油挡对机组振动产生显著影响，如湖南金竹山电厂6号机（上海汽轮机厂125MW），大修中在2号瓦处安装了零重力接触油挡，在带负荷过程中，2～4号瓦振动值多次升高，最高达80μm，不得不停机，揭低压缸检查，未发现问题，把接触油挡拆除后，振动消除。

1.3.2毛毡条接触油挡和风挡

早期在中小机组上，为改善密封效果，在发电机端盖风挡和轴瓦式油挡的齿间加装毛毡条，由于毛毡条与转轴直接接触，所以称它为接触式油挡、风挡。经多台机组振动测试得知，这种接触式油挡和风挡对轴系振动的影响主要决定于毛毡条与转轴间的压力，其压力愈大，而且当压力过高时，还会限制轴颈上浮，造成乌金回油温度升高和烧瓦。

1.3.3聚氟乙烯接触风挡

为减小发电机端部漏风（氢），在端部与转轴处加装聚氟乙烯密封齿条，这种密封装置目前在大机组上较广泛采用。这种接触式风挡对轴系振动的影响，主要决定于转动状态下聚氟乙烯齿条与转轴间的压力，当其压力过大时，将使轴系产生显著振动。如一台引进型300MW发电机，在一次小修中加装了密封齿条，静态下与转轴间的四周间隙均为0.05～0.10mm，小修后启动

转速升至2040r/min不到5min，5、6号瓦垂直振动爬升至200μm、150μm，很快又升至300μm、210μm，打闸停机，发现6号瓦处密封齿条已软化变形。

另有一台25MW机组，大修后启动，2～4号瓦振动大，不得不调整发电机转子平衡，历时2周，启动50多次，平衡未取得效果。后经同行分析、指点，将大修中发电机两端填装的聚氟乙烯密封齿条拆除后，发电机转子只经2次加重，机组各瓦振动即达到良好水平。

2、浮动和接触式密封引起轴系振动机理及特征

不论是浮动还是接触式密封，引起轴系振动的机理，都属于转轴碰磨，使其直径方向受热不均引起热弯曲，其振动特征主要表现为旋转性不平衡振动，具体引起的碰磨故障，转子受热不均特征，与密封装置的结构有直接关系。从这些密封装置对轴系产生的振动的测试结果看，其故障原因、振动机理及特征可归纳为以下几种类型。

2.1密封瓦引起的振动

2.1.1故障原因及振动机理

密封瓦与转轴碰磨引起振动，经过近10多年的大量现场振动测试、分析研究，目前已查明，与一般浮动密封不同，这种密封装置在轴系中产生振动必须同时具备下列2个条件。

1）安装密封瓦的轴段不平衡响应很高。据现场大量振动测试、统计得知，当轴系不平衡响应值较正常值高3～5倍以上时，密封瓦与转轴碰磨对轴系振动才产生显著影响。能使轴系产生如此高的不平衡响应，只有发电机转子二阶临界转速在工作转速以下的三支撑轴系，或大容量发电机转子外伸