摘　要：針對國產125MW（135MW）機組發電機後軸承異常振動（dòng）問題，在取得了大量現場試驗數據的基（jī）礎上，充分利用轉子動（dòng）力學的研究成果並（bìng）結合多年現（xiàn）場工作經（jīng）驗，對該型機（jī）組的發電機後軸承（chéng）異常振動機理進行了詳細的分析（xī），提出了處理解決的途徑。實（shí）踐證明，對振動分析及處理方法是行之有效（xiào）的。
　　關鍵詞：125MW機（jī）組；汽輪機；發電機（jī）；軸承振動；轉子動力學
　　國產125MW機（jī）組（zǔ）以及改造後的135MW機組在江蘇（sū）省投運有二十餘台，總（zǒng）的（de）來說，這些機組的振動狀況還是好的（de）。但是，機組發電機後軸承存（cún）在異常振動，排除（chú）測點處存在強磁場對測量的幹擾外，該軸承軸向振動超標，似（sì）乎已成（chéng）通病（bìng）。有些機（jī）組為此停（tíng）機多次，造成巨大（dà）經濟損失。
　　1　發電機後軸承振動機理
　　有多台國產125MW（135MW）機組發電機轉子後軸承的振動水平都偏高，主要表現有：（1）軸的振動測量值（zhí）虛假偏（piān）大（dà）；（2）軸承（chéng）的頂部垂直振動存在差（chà）別振動，從而導致軸（zhóu）承的軸向振動（dòng）偏大；（3）軸係上的擾動力過大。
　　過去投運的一些老機組沒有安（ān）裝（zhuāng）汽輪機監視儀表（TSI）保（bǎo）護裝置，發電機後軸承（chéng）振動主要（yào）表（biǎo）現為軸承頂部的差別振動和軸向振動（dòng）大。後來新投（tóu）運的機組基本都安裝了TSI保護裝置，可以直接測量軸的振動，多台機組實測顯示該（gāi）軸承軸向振動大，而實際上（shàng）是虛假值（zhí），在此分別（bié）進行分析和闡述（shù）。
　　1.1軸振數據顯示偏大及其（qí）原因分析（xī）
　　125MW（135MW）機組軸係有（yǒu）2種支（zhī）承方式：
　　（1）3支（zhī）承方式，即汽輪機高中低壓轉子3個軸（zhóu）承支承，發（fā）電機2個軸承支承，則（zé）發電機的後軸承是5號軸承；（2）4支承，即汽輪機高中低壓轉子4個軸承支承，則發電機的後軸承為6號軸承（chéng）。本文著重討論發電機後（hòu）軸承的振動（dòng）問題。
　　圖1為實測到的某（mǒu）台125MW機組滿負荷時發電機後軸承軸向振動波形圖，每個振動周期（qī）內存在著2個負向尖脈衝，這是由於渦流傳感器測到的發電機線圈引出線的（de）強大的磁場幹擾所致，振動（dòng）信號完全被（bèi）脈（mò）衝信號淹（yān）沒，分析此時振（zhèn）動測量值，其通頻信號為165μｍ，而（ér）工頻信號僅36μｍ。由於TSI保護裝置不能分辨通（tōng）頻和工（gōng）頻信號，而（ér）隻能（néng）檢測到峰一峰值，因此顯示（shì）其幅值為165μｍ，係統報警燈常亮。實際上這（zhè）時的（de）測量值已失去監視價值。 　　發電機轉子線棒的引出線（xiàn）端口在後軸承側，圖2示意（yì）發電機轉子後軸承部（bù）位橫截麵的結構特征：發電機轉子在該軸承軸頸的內部存在孔洞，而該軸承的軸（zhóu）向振動測量傳感器就安裝在軸頸部。根據（jù）渦流傳感器測量原理（lǐ）可知，非接觸式渦流傳感器（qì）的輸出電壓（yā）正比於傳感（gǎn）器測量麵與被測金屬表麵之間的距離，要求被（bèi）測金屬不能有鍵槽、凸台、孔洞（dòng）等不均勻材質。但是，實（shí）測該處軸表麵到孔洞的距離，已經大於渦流傳感器直徑的（3～5）倍。因此，測量誤差不可能由材質不均勻而導致。經過多次現場試驗，發現機組加勵磁電流並（bìng）帶負荷後，振動就有突然增大的現象，因（yīn）此可以確認：由於轉子內部的發電機線圈出線離振動測量渦流傳感（gǎn）器相對較近，當加勵磁電流時，強大的磁場效應作用（yòng），使得渦流傳（chuán）感器的（de）測（cè）量受到很大的幹擾，在振動波形圖上每轉出現2個負（fù）脈（mò）衝的幹擾信號。 　　在另一台137MW機組上也檢（jiǎn）測到類似的振動波形，圖3和圖4為（wéi）某電廠改造後的137MW機（jī）組發電機後（hòu）軸承的（de）軸向振動波形圖。其中（zhōng），圖3為機組空載時的發電機後軸承軸向（xiàng）振動波形圖，當時沒有（yǒu）勵磁電流的（de）影響，僅反映軸向振動波（bō）形，而圖4為機組帶（dài）負荷（hé）後的發電機後軸承軸向振動波形圖（tú）。顯然，波形圖裏的負脈衝是受到勵磁（cí）電流產生磁（cí）場的影響。這時軸向振（zhèn）動的通頻振（zhèn）幅為156μｍ，工頻振幅為87μｍ，TSI係統顯示發電（diàn）機後軸承軸向振動為156μｍ。 　　1.2軸承振動問題
　　有多台125MW機組存在發電機後軸承振動偏（piān）大的問題，尤其是（shì）軸（zhóu）向振動（dòng）偏大。
　　分析發電機後軸（zhóu）承振動偏大的原因，主要有3個方麵：（1）球麵軸承不能自（zì）定位引起軸瓦邊接觸導致軸向振動大。（2）軸承座與基礎台板的結合不夠緊密，在軸承座的垂直振動沿（yán）軸向方向存在（zài）差別振動；（3）軸承墊鐵鬆動，軸頸在旋轉一（yī）周中呈現4倍或3倍的高次諧波，且諧波忽大忽小地變化。
　　圖5為某電廠125MW機組的軸係支承簡圖，該機組的汽輪機為3支承，故發電機後（hòu）軸承為5號軸承。 　　分析5號（hào）軸承的結構和所處位置，由（yóu）於軸係揚度調整的需要，5號軸承的標高比3號軸承要高出幾厘米，使5號軸承軸頸處於略為傾斜的狀態。在檢修時，往（wǎng）往（wǎng）能（néng）看（kàn）到5號軸承的下軸瓦單邊接觸的磨痕。為了（le）使軸頸在軸承裏能夠得到自調整，5號軸承的下（xià）軸（zhóu）瓦枕被設計為球麵形狀，當軸頸在軸瓦裏略為傾斜時，軸瓦具有自定位能（néng）力，使軸頸能和軸瓦完全接觸，改（gǎi）善振動水平。
　　然而，由於長期運行，機組的整（zhěng）體基礎發生一定的變化（huà）。比如，有的機組在廠房（fáng）內是橫向布置的，即機頭朝向鍋爐房，這樣的布（bù）局經長期運行，機頭（tóu）側的廠房即（jí）鍋爐房側（cè）的整體基礎有下沉的趨勢，使得機組的1號（hào）軸承標高比初（chū）安裝時有所降低。在現場檢（jiǎn）修時，要使1號軸承基礎恢複到原設計狀況是有一定難度的，為保證軸係的揚度，往往將機組尾部抬得更（gèng）高，這（zhè）就使得5號軸承的軸瓦（wǎ）邊接觸情況更嚴重。另外，瓦（wǎ）枕的球麵經長期運行後往往鏽死，不能自如（rú）活動（dòng），球麵自（zì）定位的功（gōng）能無法實現，使（shǐ）得5號軸承頂部的垂直振動沿軸（zhóu）向方向出現差別振（zhèn）動，造成軸向振（zhèn）動（dòng）偏大。
　　圖6所（suǒ）示的是某台125MW機組5號軸承外特性試驗振動（dòng）測量（liàng）數據。軸承（chéng）頂部（bù）垂直振動在發電機側為69μｍ，勵磁（cí）機側16μｍ，差別振動達4.3倍，此時（shí）的軸向振動達100m。當（dāng）時將底腳螺絲擰緊，差（chà）別（bié）振動減小，垂直振動及（jí）軸向振動均（jun1）降低到50m以下。由此可見，軸承頂部垂直振動沿軸向的差（chà）別越大，軸向振動就越大。反之，當垂直振動的差別振動較小時，軸向（xiàng）振動就小。 　　1.3軸係擾動力分（fèn）析
　　軸承座上發現上述（shù）問題應及時予以處理，如果有的機組發電機（jī）後（hòu）軸承（chéng）沒有發現明（míng）顯的問題，則應考察發（fā）電機轉子的擾（rǎo）動力。有的機組在通過發（fā）電機臨界（jiè）轉速時出現很大的1階（jiē）振動響應，需要增加升速率才能通過；有的（de）機組在額定轉速3000r/min時振動超標，主要表現為發電機2個軸承的反相振動超標，即發電機轉子的2階振動偏（piān）大，這種強（qiáng）迫振動屬於質量不（bú）平衡，可通過現場高（gāo）速（sù）動平衡加以改善。
　　2　消除發電機後（hòu）軸承振動的（de）措（cuò）施
　　2.1軸振的測量
　　發電機轉（zhuǎn）子後軸承軸向振動的測量可以采用接觸式測量（圖7）。采用一（yī）個烏金接觸麵，用彈簧直接壓在軸（zhóu）頸（jǐng）表麵，烏金與一延伸金屬杆剛（gāng）性聯結並穿過軸瓦，此烏金麵緊貼在轉子表（biǎo）麵。所以，烏金麵的振動直接反（fǎn）映軸向振動，與烏（wū）金麵剛性連接的（de）延伸杆的振動亦即反映軸（zhóu）向振動。用渦流傳感器測量金屬延伸杆的（de）振動，就避開了由於發（fā）電機線圈出線在（zài）通過勵磁電流時，對發電機後軸承振動測（cè）量的幹擾。江蘇省Z近投運的幾台135MW機組（zǔ），發電機後軸承基本上采用了這樣的測量裝置，振動波形裏大的負脈衝現象消失，TSI係統能反映真實的發電機後軸（zhóu）承振動，測量（liàng）問題得到了基本解決。但是，該裝（zhuāng）置的薄弱環節在壓緊（jǐn）彈簧，稍有安裝不適，也（yě）會導致測量幹擾，甚至導致機組由於保護誤動而（ér）停機，造成經濟損失。 　　2.2發電機後軸承軸向振動的處理
　　如前所述，在現（xiàn）場為了保證軸係的揚度，往往把發電機後軸承或者勵磁機的軸承標高抬高，使（shǐ）得後（hòu）軸承的（de）邊接觸現象嚴（yán）重，從而引（yǐn）起發電機後軸承振動（dòng）大。在有的電廠檢修人員把發電機後軸承預置（zhì）成傾斜的（de），使軸瓦與軸頸接觸更好，既保證了軸瓦的接觸，又符合軸係的揚度，收到了良好的效果（guǒ）。同時，須使該軸瓦瓦枕的球麵（miàn）碾磨良（liáng）好，很好地發揮軸瓦的自定位功能，另外，軸瓦的緊力調整適當，底腳螺絲不能有鬆動，這樣，發電機後軸承（chéng）軸向振動大（dà）的問題基（jī）本上可以得到妥善處理（lǐ）。
　　2.3轉子擾動力大的處理
　　當既不存在軸向振動測量的誤差，又不存在後軸瓦邊接觸引起軸向振動大的問題時，經過分析判斷軸向（xiàng）振動超標是真實的，並且振動為工頻的時候，可（kě）以（yǐ）通過現（xiàn）場高（gāo）速動平衡改善（shàn）振動，隻要方（fāng）法得當，基本上（shàng）進行1次平衡就能成功，至多2次。
　　3　結論
　　國產125MW（135MW）機組發電機後軸承振動的問題歸結（jié）為（wéi）3類：
　　（1）發電機轉子（zǐ）線圈（quān）出線在轉子內部存在孔洞（dòng），由於勵磁電流強磁場的影（yǐng）響，導致軸向（xiàng）振動波形存在尖負（fù）脈衝，解決（jué）的（de）辦（bàn）法是將測量方法改為接觸式測量。但是，本文（wén）中敘述的接觸式（shì）測量方法還存（cún）在抗幹擾性能差，從而影響測量精度的問題，有待於（yú）進一步（bù）研究改進。
　　（2）發（fā）電（diàn）機後軸承的軸（zhóu）瓦邊接觸導致軸承振動大，尤其軸（zhóu）承的軸向振動大，判斷此問題隻要測量（liàng）軸承的頂部差別振動，如差別振動較大時（shí），則軸向振動（dòng）會很大，處理時，一方麵可（kě）以對發電機後軸（zhóu）承進行調整，不僅保證軸係揚度，也使軸瓦的接觸更好（hǎo）；另一方麵（miàn），也可以通過動平衡，降低垂直振動，使軸向振動有所改善。
　　（3）如果經（jīng）振動試驗研究確認，發電機後軸承的振動是因為轉子擾動力過大，可以在發電機轉子上進行現場高速（sù）動（dòng）平衡。