汽轮发电机转子突发性振动问题分析

核心提示：　　引起发电机转子振动的原因很多，常的有转子质量不平衡转子不对中共振等机械方面的因素，另外线，短路冷却系统堵塞线，膨胀受阻集电环与转轴摩擦等引起的转子热不平衡和油膜涡动或油膜震荡也会引发振动。前者引起

　　引起发电机转子振动的原因很多，常的有转子质量不平衡转子不对中共振等机械方面的因素，另外线，短路冷却系统堵塞线，膨胀受阻集电环与转轴摩擦等引起的转子热不平衡和油膜涡动或油膜震荡也会引发振动。前者引起的般是稳定振动，而后者往往引起发电机在运行中产生突发性或不稳定振动，危害性更大。本文将着重对引起发电机转子突发性振动的原因机理振动特点和诊断方法进行阐述，并给出3个现场的振动分析和处理实例予以说明。

　　1.1油膜涡动和油膜振荡不稳定油膜涡动是普通润滑轴承发生次同步不稳定振动问的主要原因。油膜润动是油膜力激发的振动，此时正常运行条件的改变如倾角和偏心率引起油楔雅动转轴在轴承中运动，因而在旋转方向产生内存在足够大的阻尼，则转轴回到其正常位置，变得稳定；否则，转子将继续润动，出现较大的不稳定振动。油膜不稳定涡动般是由于过大的轴承磨损或间隙，不合适的轴承设计，润滑油参数的改变等因素引起的。根据振动频谱恨容易识别油膜涡动不稳定，其出现时的振动频率为同步振动频率的4048，接近转速频率的半，也常称为油膜半速涡动。

　　当机器出现油膜涡动不稳定，而且油膜涡动频率等于系统的固有频率时就会发生油膜振荡。油膜振荡只有在机器运行转速大于2倍转子临界转速情况下才可能发生。当转速升至2倍临界转速时，涡动频率非常接近转子临界转速产生共振而引起很大的振动以致油膜失去支撑作用。通常旦发生油膜振荡，无论转速继续升至多少，涡动频率将总保持为转子阶临界转速频率。

　　由于发电机转子的阶临界转速较汽轮机转子生油膜涡动或油膜振荡。早期的国产200厘贾和3001双机组由于设计的轴承稳定性裕度偏小，致使些机组的发电机转子在超速和带负荷运行工况曾发生过油膜振荡故障，后采用更换轴承等措施基本解决了这类机组的油膜振荡问。但近年来实际仍存在些机组的发电机转子发生突发性的油膜涡动不稳定现象，尤其是些中小容量机组100，贾以下。在运行工况下，它易受由于转轴找正而造成及供油温度变化的影响。

　　1.2转子热不平衡转子热不平衡是指转子受热后发生的轴弯曲现象。通常热不平衡产生的振动为基频成分。当振动与励磁电流有关，且振动的变化与电流的改变存在时滞，则可确认发电机转子存在热不平衡。除转子锻件材料的各项异性不均外，发电机转子产生热不平衡的其他常原因有转子冷却系统不对称转子受热不均匀转子线，热膨胀不均而产生的内摩擦力及动静碰磨。

　　1.2.1转子冷却系统不对称不对称冷却般指冷却系统发生堵塞造成冷却不均匀。此时转子径向产生温度不对称，径向温差导致转子发生弯曲。在氢内冷发电机中造成这故障条错位等引起的通风不畅。在水内冷发电机中造成此故障的原因是异物进入冷却水导管引起局部水路堵塞或气体进入冷却水系统引起冷却水道气塞。

　　转子冷却不均引起的热不平衡振动往往与冷却氢温，温有关，温度越高，振动越小。该振动还有如下特点快速降负荷解列打闸停机过程通过发电机转子临界转速时的振动值较启动时的相应值放大许多，且停机后立即测量的大轴晃度值也比启动前的增大许多。

　　1.2.2转子受热不均匀转子受热不均般是指由于绕组绝缘损坏等原因造成转子线，匝间短路，短路电流从而形成局部过热，其结果是转子截面产生径向温差导致转子发生弯曲。转子匝间短路分为静态和动态匝间短路2种。但后者般在定的运行工况热态下才发生，故有时检测不易发现。

　　受热不均产生的突发性振动与励磁电流的大小有关。电流越大，转子热弯曲量越大，反映出的振动幅值也越大。与转子冷却不均引起的热不平衡振动样，因短路等故障产生的转子热弯曲使得停机过程发电机转子经过临界转速时的振动较启动时的相应值明显增大，停机盘车晃度也显著增大。

　　1.2.3转子线圈热膨胀不均而产生的内摩擦力在转动过程中，转子部件由于离心力作用挤压在起。由于各部件材料温度不同，膨胀系数亦不同，存在相对膨胀趋势，接触面出现摩擦力。若摩擦力不对称转子就会承受个偏心的轴向力，产生弯矩，使转子弯曲。迪常在线圈和槽模之间端部线圈和护环内面之间都会产生这种摩擦效应，如线圈受热后膨胀受阻时将产生不对称的轴向力。此外励磁线，端部的热伸长受端部垫块的阻碍作用，使之沿圆周方向发生微小位移，平衡会受到破坏。通常摩擦力产生的振动具有定的突发性，此外内摩擦引起的热不平衡振动还有如下特点1与其他原因引起的热不平衡样，振动也是随励磁电流的增加而增大。不同的是即使减小励磁电流，振动也不定能恢复，往往仍保持在高位。2振动处于高位时，如将转速降低数百转，再提升至额定转速时才有可能恢复到原先冷态水平。

　　1.2.4动静摩擦挡油环密封圈集电环等静止部分在接触转轴时转轴的最高点触及固定部分会使转轴局部发热，在圆周上产生温差，使转轴出现短时的弯曲。发电机转子轴颈与集电环的碰磨引起的振动往往呈定的周期性。

　　台6妁机组油膜半速涡动引起的突发性振动机组概况和振动特点机组系南京汽轮机厂产品，1995年月出厂。

　　1996年12月至1997年1月机组调试期间，在带较大负荷时，3号轴承发电机前轴承出现突发性振动。在发电机参数为5.5站贾3.50时，3号轴承振动值由40！左右突然增大到70左右，而轴系其余3个轴承振动也有突增现象，只是幅值相对较小。从振动频谱分析看，突发性振动主要以半频25，2为主，3号轴承垂直和水平振动半频分量分别达25叫，和40占其通频振动的42和81左右。此外，发生突发性振动时，除存在半频分量外，还存在些1.5倍2倍频等谐波分量。此次突发性振动持续约30，当有功降至2.8，评，无功降至1.5，人时才消失。

　　2.1.2振动分析与处理根据上述振动现象可判断在发电机大负荷和高无功状态下3号轴承出现油膜半速涡动，故决定检查轴瓦是否安装合适。因没有原始安装记录，只好将23号轴承座上盖打开，进行就地测量。测量结果明，3号轴承顶部间隙260，两边侧隙约250轴瓦且向南侧偏50停机721冷却后测量转子扬度发现3号轴承标高比2号轴承低150，而制造厂要求冷却安装时2号轴承标高为，13号轴承标高向上扬升。因此，3号轴承出现半速润动原因是轴瓦安装不当，3号轴承标高偏低，带大负荷运行时机组热态轴承标高产生变化，造成3号轴承轻载，降低轴瓦的稳定性。

　　针对3号轴承安装的实际测量情况，提出抬高轴承标高减小顶隙刮大两侧间隙，并重新对轮找中的方案。最终调整结果为3号轴承下瓦垫高100南侧垫50，3号轴承中分面拆垫1004号轴承座底部垫高1001.最后测量3号轴承下瓦两侧间隙250，顶隙180，上瓦顶部紧力该调整方案实施后，机组可带大负荷运行，并顺利完成72试运行。在此期间，机组曾带超额定有功及4.8入无功运行，均未出现突发性振动。机组带大负荷运行后振动稳定，额定工况附近3号轴承最大振动301左右。其余轴承各方向振动均在2.2台100口西机组发电机动态匝间短路引起2.2.1机组概况和振动特点该机组系北京重型电机厂生产的100，贾汽轮发电机组。该机组投产于1978年。在1997年9月12月的大修期间，由北重厂对其汽轮机高低压转子实施了通流部分改造，并更换双水内冷发电机转子全部冷却水管和定子线圈等。

　　大修结束后的开机运行中机组振动超标，主要反映在46号轴承56号轴承为发电机支持轴承，带较大负荷时振动持续增大，机组只能限制在70厘识以下运行。通过有关振动试验，该机组振动呈现如下特点1并网之前，除6号轴承水平振动略大外89，36号轴承其余各振动测点数值均为301以下。2并网后，46号轴承振动逐渐增大，其既与发电机励磁电流有关，又与有功负荷有关。励磁电流大于950人或有功负荷超过70站贾时，振动迅速爬升。46号轴承振动以基频分量为主。

　　8热态下6号轴承振动变化量最大。如将有功负荷70肘贾励磁电流1400人工况的振动与并网前空载3 000以，时的数据相比，6号轴承垂直和水平振动分别增大45，1和70，1.4发电机转子进水温度提高20后，除5号轴承振动增大10151外，其余各振动测点数值基本不变。5在启动过程中，通过发电机临界转速时疾测值为1360尔，46号轴承水平振动分别为441和56.但由70偌指汉杉袄，诺缌鞅400人工况快速降负荷，解列并打闸停机过程中过发电机临界转速时，46号轴承水平振动分别高达104叫1921和382 2.2.2振动原因分析和转子检查处理情况由于振动以基频分量为主，与励磁电流有关，且机组启动和快速降负荷解列停机期间过发电机临界转速时的振动相差甚大，判断发电机转子存在热弯曲。因发电机转子冷却水温变化对振动影响不大，可基本排除水路堵塞因素。据查该发电机转子曾发生过负序电流烧坏转子两端部槽楔及匝间短路故障，故障后均拆下大护环进行了处理。根据上述振动特征，明此次通流改造结束后开机运行中发电机转子可能又出现局部短路，但因励磁电流增大到950入及其以上时，振动快速增大，显发电机转子可能在某个热态工况以上时才发生局部短路故障。

　　该机组的振动不仅随发电机励磁电流，加而，大，而且也随发电机有功负荷的增加而增大。尤其是5号轴承振动受有功负荷的影响更明显。此现象说明低压发电机转子联轴器在热态下也存在定的不平衡。

　　综上所述，该机组振动的主要原因是发电机转子在某个热态工况以上运行时发生局部短路故障，同时低压发电机联轴器的不平衡可能对机组的振动亦产生定影响。

　　针对以上分析，决定抽出发电机转子进行全面检修。经电气多次匝间试验，才在励端里侧集电环短引线对应的磁极线，的2号包的排间位于大号线圈和小号线圈交接处发现短路点，小号与大号线圈之间有2，81的烧痕，绝缘己碳化，大号线圈尺处铜线局部烧熔。分析原因是护环下绝缘板未能按纸要求垫置，未打定位销及热套护环时绝缘板移动造成较严重的爬台现象，使护环的紧力和线圈的受力状态改变。小号线圈处于较松状态，而大号线圈紧力较大，发电机受热后造成动态匝间短路。

　　2.2.3轴系动平衡发电机短路点处理完毕且发电机转子两端芯环平衡重量向本体中央移重0两端芯环累积平衡重量各超过41后机组启动。定速300，后，5 6号轴承垂直水平振动分别为63471和40，1501该振动可能是移重偏差引起。发电机两端芯环分别加重4858乙131和7238223后，空载300，1由1下的振动数值大幅降低。除5号轴承垂直振动值301！1左右外，其余各测点的振动值都在25μl以下，机组顺利带到额定负荷汽轮机改造后为0从带负荷过程测量的振动数据发现，尽管消除发电机转子线，动态匝间短路故障后，46号轴承振动基本不受发电机励磁电流增大的影响。但振动仍受有功负荷的影响。机组带负荷后，4 5号轴承振动仍有定程度的增大，尤其是45轴承水平方向振动和5号轴承垂直方向振动，在额定负荷工况附近其数值为50μLm左右，热态下振动增量为1525明低压发电机转子联轴器存在定的不平衡。5个月后利用该机组小修机会在低压发电机转子联轴器加重703乙340，不仅空载30001机组振动继续明显改善，而且带负荷后振动增量基本消失，额定负荷工况附近各轴承振动值均在25，1以内。

　　2.3某3007机组发电机线圈膨胀受阻引起的突发性振动2.3.1机组简介和振动特点该机组系哈尔滨电站设备成套公司供货的300厘贾机组，于1993年3月投产。该机组自1998年6月以来在大负荷运行工况多次发生发电机56号轴承突发性振动现象。通过有关的试验发现机组具有如下振动特点1升速过发电机转子临界转速120，左右振动很小，56号轴承瓦振均不超过20，转轴相对振动不超过40工作转速下56号轴承瓦垂直振动分别为131和16，556，6测点的相对轴振分别为92460pm26pmff31pm.2振动与发电机的氧温和氧压关系不大。3振动与有功负荷基本无关。在较小无功较大有功负荷工况56号轴承瓦振和轴振的幅值和相位基本与空载300，1下的数值相差不大。4振动与无功负荷的大小有关。当保持有功负荷250，无功负荷升至100，此时发电机转子励磁电流2 450人左右，额定值2580入，约221后，5父566测点相对轴振基频振动相位瞬间分别突变90180195和135.左右，随后振动很快增大，在151内，其幅值由稳定时的100尔9224412241左右分别增大到20，484，73，1221左右。尽管随后降无功负荷至50厘人左右，但振动仍增大，上述测点振动最大值分别达222尔134200142而且振动增大过程中振动相位基本保持不变。又逐渐降低有功负荷，振幅才逐渐回落，直到大约2后，有功负荷20，贾，无功负荷400，上述测点振动仍保持较大水平，数值分别为128，80，6叫90，基频振动幅值和相位都恢复不到突发振动前的水平。在转轴振动出现突发性增大的同时，轴瓦振动亦现出类似的现象。56号轴承垂直瓦振基频相位首先分别突变75和175左右，然后振动幅值很快增大，由突发振动前的101和1左右增大到最大值分别为01和90，1左右。12分别列出有关轴承相对轴振和瓦振的变化情况。机组解列，定速300，1后振动迅速降低，转轴振动和轴瓦振动的幅值和相位基本恢复到突发振动前的水平。5在发生突发性振动，且振幅仍在增大的情况下，在几乎lmin内快速降负荷并解列打闸停机，降速过程通过发电机转子临界转速时的振动较冷态启动时的数值明显增大，测点5，和6，相对轴振动值分别为255+，和18而5号轴承垂直测量的56号轴承处转轴晃度明，其数值正常。且在机组停机后的盘车状态立即利用百分测量发电机转轴的大轴晃度，其数值与冷态启动前的数值基本致。

　　测点相对轴振动通频μ，时间有功负荷无功负荷改变无功负荷试验时各有关轴承瓦振动通频pm有功无功时间4瓦5瓦6瓦负荷垂直2.3.2振动故障诊断和处理由于该机组振动与发电机氢温和氢压无关，可基本排除转子存在冷却不均匀的可能性。振动与发电机无功负荷密切相关，振动在励磁电流增大到定数值突然发生，迅速增大，且减小励磁电流，振动降低较慢，仍保持在高位。突发性振动出现后发电机转子的振型发生变化，振动主要由热变量控制。随着励磁电流增大，热变量很快增大，且方向不变，两轴承的轴振和瓦振均呈同相振动。因此，该机组的振动是由发电机转子热不平衡引起的。

　　根据在振动较大的情况下，快速降负荷解列并打闸停机，降速过发电机转子临界转速时56号轴承的转轴振动和轴瓦振动较冷态启动过程中相应的振动值有较大增加，但停机后测量的发电机转轴晃度与启机前的值基本致，说明虽然发电机转子存在较大的热弯曲，但随着转速降低，热弯曲很快消失。此外，机组旦解列重新定速在3000时转速先上升，然后快速降到2800，以下，再升速至3000以，振动迅速降低，并恢复到突发性振动前的原始水平。因此，该发电机转子的振动特点与内摩擦引起的热不平衡振动特点基本类似。所以可以判断引起发电机转子产生较大热不平衡的原因可能是转子线圈膨胀受阻。

　　由于负荷较紧，1998年10月至1999年2月该机组直运行，但基本维持较低的无功负荷。1999年3月的检修中将发电机转子抽出，扒开护环检查发现，励端和汽端的端部线圈与绝缘环有挤压的痕迹，绝缘瓦也有定的压痕，明通过较长时间的运行端部线，向两端产生了定的轴向位移，造成端部线，能够向两端膨胀间隙减小，致使发电机转子热态下线，膨胀受阻，产生较大的热不平衡。在随后，膨胀的轴向间隙。机组检修结束后于1999年4月日启动，带大负荷后发电机两轴承的轴振和瓦振稳定，再未出现突发性振动。

　　1发电机转子运行中产生的突发性振动是由于热态下轴承油膜不稳定或转子热不平衡引起的，其发生往往与有功负荷和有功负荷励磁电流的大小有关。2转子冷却不均受热不均线圈膨胀受阻和动静碰磨等故障都可使发电机转子发生热不平衡。8现场根据有关的振动特征可以确定引起发电机转子运行中产生的突发性振动的原因，以采取相应的处理措施。

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　　该词主要依据中国电力百科全书选取主词，并按仅语主词的体系结构构成其主和辅，其专业范畴包括能源火电厂和核电厂水利发电和新能源发电电力系统和输配电架空输电线路和电力电缆线路，变电所和换流站高电压技术过电压和绝缘配合电机变压器和电源，锅炉汽轮机水轮机和燃气轮机电器和串并联补偿装置，供电和用电，自动化技术通信技术和计算机，测量和试验，电工材料金属监督和电厂化学，环境科学经济和管理等。

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