火电厂旋转设备振动标准应用中几个问题的探讨

2010-04-04罗剑斌袁立平刘占辉黄建伟

电力安全技术 2010年1期

罗剑斌，袁立平，刘占辉，黄建伟

（1.河南省电力试验研究院，河南郑州 450052; 2.河南电力物资公司，河南郑州 450052）

振动标准对于评价火电机组及主要旋转辅机设备的振动状态，保护设备的运行安全起着极其重要的指导作用。目前评价设备的振动有3种测量指标：轴瓦振动、转轴相对振动、转轴绝对振动。在现场实际应用中，某些专业人员对于依据振动标准分析评判设备超标或异常振动问题还存在一些模糊认识。根据多年参加振动标准制定和修编研讨、现场机组设备的振动测试与状态评价，对应用振动标准过程中遇到的几个问题进行分析。

1 汽轮发电机组转子原始晃度的扣除与保留

轴振动测量过程中存在转子原始晃度问题。转子原始晃度是在低转速(300～400r/min)下所呈现的振动位移峰峰值。影响因素包括机械、电磁和转轴材质等，例如：轴端偏心、弯曲、轴表面不圆度及局部缺陷、剩磁、材质不均匀等。“振动标准”规定，一般情况下转子原始晃度不得超过许用振动位移值的25%。超过该数值，应分析原因并采取补偿或者其他措施予以改进。从振动分析角度来讲，该转速下的数值不能作为转轴振动值，转子在工作转速3000 r/min的各种运行参数工况下振动数值应该是该测点原始晃度值与转子振动幅值相互叠加的复合值。

在早期美国本特利DVF-Ⅱ和TK20振动分析仪上，都设计有补偿校正的扣零功能，也就是转速300r/min左右时，把振动幅值调至零，振动测量值是从300r/min以上开始计量的。所以现在有一些振动专家学者认为在稳定工况下，应该从振动幅值中扣除原始晃度。从工程的角度理解，这样做在转子进行动平衡试验时及振动测量过程中是可行的，但在现场机组振动故障诊断中，原始晃度值对于判别转子对中是否合格，诊断转轴是否有暂时弯曲，联轴器是否有水平或角不对中，原始晃度都是非常有用的。另外由于受到转轴的暂态弯曲，轴颈在瓦内的不规则移动，转轴轴向运动等因素的影响，现场测量的原始晃度值，不是稳定工况下的转轴原始晃动。因此，不能简单地考虑把额定转速下的振动矢量减去原始晃度矢量作为评价振动状态的依据。对某些机组存在转子弯曲或联轴器不对中等故障因素，暂时又不具备处理条件，测量采集的振动信号数据就应作综合考虑与识别分析。

2 采用轴振动或轴瓦振动评价设备振动

上个世纪80年代，由于国内发电机组容量和测量技术的限制，普遍采用测量轴承盖振动来评价设备振动。其后，随着大机组的振动问题与分析诊断技术的需求以及测量技术的发展，逐渐重视了轴振测量。由于测量绝对轴振在装置与技术上存在多种条件的限制，现在大多采用相对轴振测量。相对轴振反映的是转子相对于轴承座的振动，不受轴承座绝对振动的影响，可以始终提供转轴在轴瓦间隙的径向振动信息。许多人认为相对轴振动灵敏、准确反映机组振动状态，而忽视了轴瓦振动测量，有些机组甚至只考虑设计安装轴振测点，而不装轴瓦振动传感器。原国家电力公司《火电机组启动验收性能试验导则》对设备振动试验明文规定：如果能够测量转轴振动，以轴振动测量结果为主。

某些600MW机组低压缸轴承上盖的结构为一个薄钢板罩在轴承座之上，轴承盖与上瓦枕不直接接触，现场测量轴承座振动的传感器就安装在这个轴承盖上。有些机组实测相对轴振动只有50～60 μ m，而轴瓦振动达到70～80 μm。制造厂家认为由薄钢板组成的轴承盖刚度比轴承座刚度要低，其振动自然要比轴承本身的振动大。因此，认为轴瓦振动虽然超标，但也不影响机组运行安全，对该问题采用回避或漠视的态度。实际测量发现，轴承盖顶部传感器所测得的数值与在轴向同一位置汽缸中分面(轴瓦座落在汽缸排汽缸上)所测的数值相差无几，就是说轴承盖上传感器测得的振动可以反映机组真实的轴瓦振动情况。

对于大型(≥300MW)汽轮发电机组,低压转子的轴承大多坐落在低压排汽缸上,发电机轴承坐落在发电机端盖上,导致轴承与外壳的支撑刚度不足以及运行中的弱化降低，致使其本身定子结构共振频率接近机组工作频率。在轴振动不大情况下，轴瓦振动可能达到或超过轴振动幅值。从设备振动响应和设备安全状态分析，如果一个转子的相对轴振很小而瓦振很大，意味着站在固连于缸体的运动座标上看，做弓形回转的轴振动很小，动静部分的摩擦或两者相对接触可以避免；但机组设备承受的动应力和轴承承受到的动应力还取决于缸体本身的振动量值；缸体和支承振动大，机组设备构件承受的动应力必定较高。

例如，某台超临界600MW机组，在425MW负荷运行时，7号轴振动最大值仅有49 μm，7号轴瓦垂直振动可达117 μm，致使安装在附近的发电机冷却水管道经常振裂。分析发现，7号轴承在超速试验过程中，最大振动峰值在3060r/mim，判明7号轴承座运行处于结构共振状态，所以采用轴瓦振动评价是完全必要的。

又如：某台超临界600MW机组，在470MW负荷运行，1号轴振动达到160 μm，而1号轴瓦垂直振动最大值只有15 μm，进一步分析是由于1号瓦支撑刚度很大，轴瓦振动响应灵敏度很低，不能真实反映机组振动状态，而此时采用轴振动更准确反映机组振动水平。

一般来说，转子振动信号数据反映转子振型、扰动力特性、转子中心及弯曲度变化的特征。轴瓦振动信号数据反映支撑条件与定子刚度稳定性与变化程度。

通过以上分析，对于轴承刚度较大，转子质量较轻(高中压转子)的设备，在评价设备振动时以轴振动比较合理；对于低压和发电机设备，转子质量重、轴承支撑刚度低，在评价设备振动时必须同时采用轴振和瓦振，因为瓦振超标也会发生设备故障或者事故。

3 辅机轴承振动评判

对辅机轴承振动的评价，有的采用振动位移(峰峰值)，有的采用振动烈度(速度有效值)，传统的方法是采用振动位移。随着转子动力学的研究和测量技术的发展，考虑到辅机设备大多采用滚动轴承等多种因素，国标推荐采用振动烈度。

例如：1台转速为1500r/min的风机设备，振动烈度4.6mm/s(达到推荐的合格值)，若把该振动看做只含转频振动(对大多设备都适用)，它的振动峰峰值应该是82.8 μm；按《电力工业技术管理法规》规定的1500

r/min轴承座振动位移峰峰值70 μm为合格标准，该风机振动不合格。

若采用既可测振动位移又可测振动烈度的测振仪，例如日本理应公司的VM-63，测量位移(通频值)与按上面公式计算的数值基本一致，表明该风机振动响应基本上为转动频率振动；若差别较大，表明风机振动除了转动频率成分外，还包含有其他振动频率成分。当振动分量有明显的高频成分时，振动烈度大，振动位移小；当振动分量有明显的低频成分时，振动烈度小，振动位移大。这是现场采用便携测振仪简易诊断振动类型的有效方法。

现场辅机转速一般为1500r/min以下，工作转速频率低，使用振动位移作为标准评价，往往难以达到合格标准，采用振动烈度作为标准评价，则较容易达到合格标准。

由于辅机一般采用滚动轴承支撑，轴承振动频率成分比较复杂。辅机测振仪采用速度型或加速度型传感器，振动烈度值能够直接反映出设备振动响应，振动烈度大，意味着辅机的振动状态劣化。因此，辅机轴承振动采用振动烈度作为标准评价更为合理。