引起发电机组轴承座轴向振动的7种原因及振动特征和案例分析

引起发电机组轴承座轴向振动的7种原因及振动特征和案例分析！18-04-0914:01

一、轴向振动的机理

类似于轴承座的垂赢、水平振动和其他固定结构的振动，引起轴向振动原因通常也是来自轴向激振力过大和轴向动刚度偏弱或轴向共振。

1、转子弯曲

当存在永久弯曲或热弯曲的转子旋转时，轴颈中心会产生偏转，这时轴颈在轴瓦内的油膜承力中心将随转速沿轴向发生周期性变化。由于转子支承系统是由轴承座和基础组成的弹性体，在油膜承力中心周期性变化的作用下，轴承座将沿其某一底边发生周期性的轴向偏转，即造成轴向振动。特别是当轴承座连接刚度不足时，产生的轴向振动更为明显。转子弯曲产生的轴向振动值与转子的弯曲度呈正比，当弯曲部位在轴颈附近时，轴承座呈现的轴向振动更大。当然，通常由转子弯曲产生很大轴向振动的同时，也会伴随转轴振动的增大。

2、轴向电磁力不平衡

轴向电磁力不平衡也能引起发电机或励磁机转子轴承座的轴向振动。当汽轮机驱动发电机转子旋转时，转子旋转磁场切割定子绕组磁力线产生电流，同时定子绕组也产生感应磁场。正常情况下，发电机转子在定子中沿轴向对称布置，定子绕组感应磁场的磁通量两端基本一致，故电磁力保持平衡。如果运行中发电机转子与定子沿轴向的对称中心出现偏移，则在定子绕组两端感应磁场的磁通量就不相等，那么两端感应磁场的电磁力也不相等。使电磁力失去平衡，从而使转子沿轴

向产生电磁力不平衡。一旦出现不平衡电磁力后，转子沿轴向产生位移，不平衡力将力图使转子回到平衡位置，但由于发电机转子两端受联轴器的约束，迫使转子回到先前的偏置位置。这样，发电机转子就形成沿轴向的振荡，并传递到轴承座形成轴向振动。

同样，当励磁机转子与定子沿轴向出现对称中心线位置偏移时，也会产生不平衡的电磁力，而出现在励磁机转子上的不平衡电磁力使励磁机转子发生轴向串动，并可传递给发电机转子。

发电机转子与定子或励磁机转子与定子沿轴向的对称中心出现偏移时的不平衡电磁力产生100Hz的轴向振动。因此，这类轴向振动反映为二倍频振动特性。此外，沿轴向不平衡电磁力引起的轴向振动只有在发电机加励磁或机组带负荷运行时才会出现。

3、转子存在较大的二阶质量不平衡

对于双支承结构的转子，如果其存在较大的二阶(力偶)不平衡量，则除在两轴承处呈现明显的反相轴振动外，还会产生较大的轴向振动。此外，当两转子间的联轴器较长，且联轴器两端的轴承处产生较大的径向振动呈反相时，则在两端轴承处同样会表现为较大的轴向振动。

4、球面瓦轴承卡涩

通常球面瓦轴承具有自定位功能，能够自动调整轴瓦中心线的角度，使轴瓦乌金面与轴颈始终保持良好接触，保证轴承的承力中心不变。当球面瓦因加工不良或紧力过大而发生卡涩时，瓦盖或瓦枕将紧紧压住轴瓦，球面瓦丧失自定位功能。由于旋转状态下转子的挠度值是周期性变化的，轴承对轴颈的承力中心将随转速周期性地沿轴向移动。这时，在轴承承力中心周期性变化的作用下，轴承座将沿其某一底边发生周期性的轴向振动。

5、轴承座局部不稳固

由于安装、运行及结构不良，使轴承座与基础台板、基础台板与基础的支承刚度不均匀。在轴承座轴向方向，有些部位刚度大，有些部位刚度小，或中间与两端垂直刚度不相同，会造成轴承座轴向动刚度不足或两侧刚度不对称，稳固性不好，使轴承座在转子扰动(激振)力的作用下发生轴向偏摆(振动)。有时甚至在激振力不大的情况下，也会出现较大的轴向振动，其取决于轴承座轴向动刚度不足或两侧刚度不对称的程度。

造成轴承座轴向动刚度不足或两侧刚度不对称的主要原因：(1)轴承座或基础台板的部分连接螺栓松动或垫铁松动；(2)轴承座底座与基础台板接触不良，如轴承座底座与基础台板接触面积较小(达不到大于75％接触面积的要求)，或仅仅是局部点接触或线接触，或接触部分不均匀(图2)；(3)轴承座与基础台板之间垫子厚薄不均匀或层数不一，以及安装工艺存在问题；(4)有的轴承座本身及其连接均正常，但它与结构复杂的机座台板安装在一起，组成一个轴向刚度薄弱的系统，如有些小机组励磁机等焊接的机座台板，它本身就是一个刚度不均匀的构件，轴向刚度薄弱。

此外，还有一些与排汽缸或与发电机端盖相连的轴承座的支承刚度一般也是不对称的，有时也会产生轴向振动。

6、轴承座受到过大的轴向推力

对于某些处于汽轮机膨胀死点的轴承座和可滑动的轴承座，受到来自汽缸猫爪的轴向推力作用，当此推力与轴承座地脚螺栓或滑动面不在一个平行线时，就形成力矩，使轴承座发生倾斜或变形，此时轴承座标高发生变化，削弱了部分地脚螺

栓的预紧力，使轴承座动刚度降低甚至松动。同时，轴承座标高较高一端承载大，加之受到转子扰动力的冲击，整个轴承座将呈两端垂直振动不等和轴向摆动。

另外，受汽缸胀、缩影响而滑动的轴承座，因摩擦阻力、滑销卡涩和汽缸反转力矩的影响，可使轴向应力过大和滑动面出现不均匀的间隙。轴承底座的间隙和接触点随着滑动在变化，降低了轴承座的稳固性。

这类轴向振动通常在机组加、减负荷表现明显，并随机组负荷、缸胀、缸温等参数变化，有一定滞后。产生轴向振动的大小与滑动面的接触状态有关，两侧接触而前后有间隙时则轴向振动大。

7、轴承座轴向共振

当轴承座存在50 Hz或100 Hz左右的轴向固有频率时，则在机组运行中产生的基频和两倍频激振力作用下会发生轴承座轴向共振，引起很大的轴向振动。尤其在轴承座轴向宽度较窄的中、小型发电机和励磁机轴承上容易出现。

机组运行中除在一些轴向刚度特别差的轴承座会发生50 Hz的轴向共振外，大多数轴承座轴向共振频率为100 Hz。100 Hz激振力一般来自发电机或励磁机的不平衡电磁力，但当转子存在刚度不对称或转子对中不良时也会产生100 Hz激振力。前者引发的轴承座轴向共振通常出现在发电机和励磁机轴承处，且当发电机加励磁或带负荷后；后者引发的轴承座轴向共振可能出现在机组定速3 000 r ／min、且在无励磁电流的情况下汽轮发电机组的任何轴承上。

二、轴向振动的控制和消除

当出现轴向振动时，首先需要根据振动现象和现场经验识别引起振动的主要原因，然后进行相应的检修处理，彻底消除振源。

(1)如果发电机和励磁机轴承的轴向振动与电磁力有关，即只是在发电机加励磁情况下才出现，当发电机解列后轴向振动也会立刻减小或消失，则轴向振动是由电磁力不平衡引起的。对此，调整发电机或励磁机的磁力中心，可以消除电磁力的不平衡。

(2)当确定轴向振动与转子的弯曲(热弯曲)有关，且弯曲量较大时．则需要进行直轴处理或查找转子发生热弯曲的原因予以消除。如弯曲量不大，可尝试采用动平衡方法使转子挠曲减小，降低轴振动和轴向振动。

(3)要避免轴承座局部不稳固引起的轴向振动，可采取下列方法：1)对松动的螺栓进行紧固，各连接螺栓紧力保持均匀；2)确保轴承座与基础台板间接触良好，

必要时修刮和研磨基础台板，使其与轴承座底座接触紧密、均匀(不少于75％接触面积)；3)垫铁松动时应将其挖出，重新修配、打紧并点焊，再进行局部二次灌浆，必要时取出基础台板重新安装；4)轴承座与基础台板接触面的垫子，安装时仔细研刮，清理干净，厚薄均匀，并铺满轴承座外边缘，超过3层时应更换厚垫子；5)对于支承结构问题造成轴向动刚度薄弱的情形，采取加强轴向刚度的措施。

(4)对于汽轮机膨胀死点的轴承座或可滑动的轴承座，可采用下列方法控制轴向振动：1)修刮轴承座与基础台板的滑动面；2)充油台板定期加油，保证其润滑良