蔡国娟

(中石化股份有限公司天津分公司，天津 300271)

石油化工企业中，汽轮发电机组是生产装置的动力保障，其作用是将锅炉产生的蒸汽热能转化成旋转机械能，带动发电机旋转发出电能。由于汽轮发电机组结构复杂、热效率高，且处于高温、高压、高真空、高转速、小动静间隙、大力矩等恶劣条件下工作，使得机组在运行过程中会产生振动。汽轮发电机组振动的大小直接关系到机组能否安全运行，大多数汽轮发电机组因异常振动而停机处理。异常振动是汽轮发电机运转中缺陷、隐患的综合反映，是发生故障的信号。因此，新安装或检修后的机组，必须经过试运行，测试各轴承振动及各轴承处轴振在合格标准以下，方可将机组投入运行。本文针对汽轮发电机组振动过大的现象，通过对其进行振动监测，分析故障原因，并采取解决措施，使机组振动达到正常水平。

1 轴瓦振动影响因素

从理论来讲，引起机组轴瓦振动大的原因是多方面的，既可能是生产厂家设计和制造方面的原因，也可能是发电厂调整操作的原因，还可能是安装和检修工艺水平等方面的原因[1]。总结起来主要包括以下几个方面：

1.1 设计制造方面

汽轮发电机在设计制造时，加工精度不够、装配工艺质量较差、机组支撑轴承选取不当，是机组产生振动的原因。

1.2 安装检修方面

汽轮发电机组在安装和检修过程中的工艺质量对机组振动的影响非常大，或者说机组的振动很多时候都是可以通过安装或检修来解决的。例如轴承的标高、滑销系统、动静间隙等。轴瓦检修工艺不高，会存在缺陷或者安全隐患。

1.3 运行工况方面[2]

汽轮发电机组在运行中机组叶片断裂，造成转子运行不平衡，动静部分摩擦；机组负荷变化过快或者过大；转子中心有偏差，机组中心不正；润滑油温变化大，润滑油压波动频繁，影响轴承油膜形成；汽轮机汽缸膨胀不均；发电机转子，励磁机线圈接地或层间短路造成负荷不对称等都是机组产生异常振动的原因。

2 汽轮发电机故障诊断案例

2.1 汽轮发电机组技术参数及测点布置

某石化公司一30MW汽轮发电机组由杭州汽轮机厂生产，型号B17-8.83/4.2(HGS71/40)，刚性支撑，刚性联轴器。汽轮机转速为3000r/min，额定功率17MW，进口压力8.83 MPa，进口温度535℃，出口压力4.2MPa，出口温度440℃，润滑油压力0.22 MPa，润滑油温度38～42℃。发电机功率30MW，转速3000r/min。机组结构如图1所示。

图1 汽轮发电机结构示意图

2.2 振动故障分析

该汽轮发电机更新后于2013年5月重新启机。试运行过程中，对机组两次离线监测发现，汽轮机两端振动幅值不大，发电机两端(3瓦，4瓦处)水平振动幅值稍大，特别是发电机4瓦处轴向振动幅值最高达5.23mm/s，且4瓦处润滑油温度高于正常温度范围。根据ISO10816大型机组振动烈度区域分类可知，对于刚性支撑的机组，该振动幅值处于不能令人满意的长期工作的机器振动区域。两次振动监测数据如表1。

表1 各轴瓦振动幅值(单位：mm/s)

经现场检查，汽轮机两侧轴瓦振动及瓦温正常，可以排除汽轮机一侧的故障。3、4瓦振动幅值偏大，且4瓦处润滑油温高于正常水平，说明发电机侧存在运行隐患。对振动幅值较大的4瓦处轴向振动进行波形频谱分析，波形频谱图如图2所示。

从振动频谱图中可以看出，主要频率成分为发电机转子的工频(50Hz)和二倍频成分，其他谐波成分的幅值很小。根据故障诊断机理[3]，角度不对中主要引起轴向振动，对于刚性联轴节，轴向振动的振幅要大于径向振幅，且易激起工频振动，同时也存在多倍频分量。推断可能是发电机转子与汽轮机转子存在角度不对中，使得发电机转子在4瓦处与轴瓦的接触长度变小，载荷分布不均匀，产生动静摩擦，润滑油温度上升，改变了轴瓦中的油膜压力，油膜刚度变化，发电机转子振动加大，导致轴瓦振动异常。据分析原因可能是机组在安装时，冷态对中数据有偏差，造成热态工作状态下汽轮机转子与发电机转子轴系的不对中。

图2 发电机4瓦轴向振动频谱图

2.3 解决措施及效果

与现场技术人员和汽轮机厂家协商，对汽轮发电机进行停机检查。将3、4瓦拆卸后，发现3、4瓦及发电机转子出现不同程度的磨损，4号轴瓦有乌金脱落。同时发现4瓦轴承座与台板接触不良，支撑刚度不足。通过振动频谱图与现场实际测量分析，造成转子及轴瓦严重受损的原因确实是由于整体轴系对中数据较差，4号轴瓦与轴颈底部接触长度不够，轴瓦与轴颈水位间隙不均匀所致。

图3 处理后发电机4瓦轴向振动频谱图

最后抬高发电机3、4瓦轴承座，保证发电机前后轴承座与发电机转子扬度保持一致。如调整汽轮机转子扬度，将影响机组进汽管道、排汽管道、汽封管道、轴头泵等设备管线应力、中心问题，施工难度大，工期长。具体做法是将发电机转子与汽轮机转子冷态对中后(外圆在±0.02mm，左右开口为±0.02mm，上下开口为0或下开口0.02mm)，在轴承座下部垫斜垫铁调整轴承座与发电机转子扬度保持一致[4]，并调整发电机转子与汽轮机转子对中度，保证4瓦轴颈与瓦的接触面长度大于80%，水位间隙均匀，轴颈与轴瓦轴线同心，并进行了现场动平衡处理，重新加固了4瓦轴承座的基础，满足支撑刚度。

再次对汽轮发电机各瓦进行振动监测，得到4瓦处的振动频谱图如图3所示。振动幅值明显减小，在允许机组长期运行的范围之内。

3 结束语

对于汽轮发电机组，因冷态安装、热态工作时联轴器两侧转子中心变化的差别很大，从而可能导致轴承负荷分配及轴系稳定性偏离设计值。冷态找转子中心时预留合理的转子冷热态中心差值，可避免轴承乌金面受损及机组发生异常振动。通过对汽轮发电机组振动监测和故障诊断，及时发现了机组运行中存在的隐患，遏制了事故的发生，缩短了维修周期。