杨小春

作者通联：西安高压电器研究院有限责任公司 西安市西二环北段18号 710077

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一、概述

西安高压电器研究院TИ-25-2型发电机组（前苏联上世纪50年代产）为大型发电机组，发电机额定容量31250kV·A，额定转速3000r/min。主要用途是为高压电器产品做短路试验提供冲击电源，运行模式是由电网提供的电源，驱动交流电机旋转，通过联轴器带动发电机转子旋转发电，轴系构成如图1。机组在2011年大修后进行全面测试，发现其测速电机（2kW交流电机）振动过大，垂直方向最大振幅为220μm，大大高于振动标准值（50μm），使机组的安全运行存在严重隐患。

图1 机组结构示意图

二、振动测试与故障诊断

为了查明振动过大的原因，对测速电机进行振动测试，测点布置见图2，测试结果见表1。由表1可以看出，机组尾部测速电机垂直方向振动过大，且倍频分量占通频振幅的80%以上，说明机组受到了某种倍频（100Hz）激振力的影响，引起了垂直方向的共振，即激振力的频率与发电机及基础固有频率接近时振动合拍后被放大。究竟是什么原因引起了测速电机共振，进一步作如下分析与诊断。

图2 测点布置示意

1.引起机组倍频共振的原因分析

（1）支撑系统刚度不足，其自身固有频率降低后接近倍频激振力的频率，从而引起共振。支撑系统的固有频率是该系统在外力作用后自身振动的频率，这种频率与该系统的连接状况及每个部件的刚度有关。一般说来，系统连接状况越好，每个部件刚度越大，其固有频率越高，反之其固有频率就越低。

表1 测速电机振动值 μm

（2）激振力过大且含有较多的倍频分量，有的机组存在其中某个缺陷，而有的机组同时存在以上两种缺陷，共振问题显得特别突出。按照由易到难的原则，首先测试了机组支撑部分的振动值（图2），以确定系统刚度是否有问题，测试结果见表2。

由表2数据可以看出：①基础振动过大（32μm）,说明测速电机存在的倍频振力，引起了整个系统的振动。该机组正常情况下基础振动应在6～15μm。②连接部件之间的振动差别很小，即测点1和测点2及测点3和测点4的振动值之差很小，最大为10μm。按照长期积累的经验数据，一般振动值差<20μm，用扳手紧固螺栓时发现很紧，即可认为该螺栓紧力不存在问题。③机组支架振动大（110μm）且连接螺栓无紧力不足情况。这说明支架结构刚度很差，由图2可以看出支架尾部悬臂过长，在电机振动冲击下，支架会产生弹性变形引起支架振动，当尾部固有频率接近倍频（100Hz）时，就容易发生共振，由于该机组系前苏联上世纪50年代产品，当时对振动问题认识不够，导致了结构设计不合理。

表2 测速电机支撑部分振动值 μm

2.引起振动的激振力来源及性质

由振动的基本理论和长期的实践经验证明，现场运行的机组激振力倍频分量主要有下列因素引起。

（1）转子弯曲或裂纹。

（2）电磁激振，由不均匀电磁力引起（气隙不均匀时会产生）的振动。

（3）固定式联轴器对中不良引起的轴颈晃动。

针对以上可能原因，对机组进行检查和测试。首先外观检查了转子，无裂纹和其他缺陷，所以第一种原因可以排除；振动是在测速电机空载下测得的，空载时电机电磁力为0，第二种原因也可排除；问题在固定式联轴器对中上，为此用两个百分表反复测量，发现联轴器对中不良，径向偏差达230μm（标准值≤50μm）。所以引起倍频振动的激振力可以断定是由于联轴器对中不良所致。

三、消除振动的措施及效果

（1）首先用两块百分表认真调整了联轴器对中，调整后中心最大偏差为20μm。在其他因素不变的情况下，重新测量测速电机振动，得出测点1、2的垂直方向振幅分别为53μm、88μm，振动有明显减小，这说明引起共振的倍频激振力已基本消除，但振动仍然未达到合格范围，需要做进一步调整。

（2）在检查支撑刚度时，发现测速电机支架尾部结构设计不合理，悬臂太长，在垂直激振力的作用下使其产生弹性变形，在激振力以倍频（100Hz）的频率反复作用下，其支架尾部就会产生共振（支架台面振动为110μm）。因为支架在垂直、水平两个方向上的固有频率不同，所以在同样的激振力作用下，水平方向未发生共振，振动不大；而垂直方向发生了共振，导致振动过大。查明原因后，设法改变支架在垂直方向上的固有频率，就能避免发生共振。具体措施是将一方木镶在尾部与地板之间，形成支撑（图2），加支撑后测点1、2垂直方向振动值分别为10μm和16μm，通频振幅也已降至标准规定的优秀值（20μm）以内，说明机组共振现象已消除（后又将方木支撑改为角钢支撑，振动值又有所降低）。

四、总结

当机组发生倍频共振时，基本原因有两个方面：一是机组存在某种激振力，其频率接近倍频，应根据振动学基本理论和长期的工作经验准确判断激振力的发生机理，并采取相应的措施消除这种激振力。二是机组的支撑系统刚度发生了变化，其固有频率接近倍频，系统的刚度包括连接刚度和结构刚度。连接处螺栓紧力降低时，连接刚度就随之降低，系统的固有频率就会降低；由系统中的各个部件自身结构决定了结构刚度，当某个部件或几个部件存在材料、形状等问题时，系统刚度就会降低。一般来讲，材质较软的部件，结构刚度就低，形状有细长、薄、悬臂等情况时，结构刚度也会下降。测速电机振动问题就是因为支撑系统有悬臂结构，导致固有频率降低产生了共振。长期实践证明，某种激振力突然增大时，往往是机组发生故障的表现，因此，查找激振力增大原因是保障机组安全运行的重要步骤。

1 张游祖，施维.汽轮发电机的振动及转子找平衡.水利电力出版社，1996

2 王继海.发电厂设备检修技术.水利电力出版社，1995