汽轮发电机组振动现场诊断方法详解
引起汽轮发电机组振动的原因往往较为复杂，因素较多。例如，一些振动不仅与质量不平衡、不对中等旋转机械本身的因素有关，而且与运行中电气、热膨胀、流体等因素有关，有些还与结构刚度和安装质量有关。因此需要进行一些有关的振动试验来确定引起振动的原因。1、对于转速的升降速振动试验
该实验的目的是确定机组实际的轴系临界转速和相位的振动值。由于制造厂商提供的都是计算临界转速，在计算中有关参数的模拟可能与实际机组本身和其安装条件有些偏差，故计算结果和实际值会有一定的误差。机组的临界转速应以实测结果为准。根据过临界转速时的振动值大小，也可以判断转子各阶振型的平衡状况。
该实验的另一个目的是可以确定转子是否发生热弯曲。如果冷态下机组启动过程中过临界转速时的振动值不大，但在带负荷运行一段时间后快速降负荷并解列打闸停机过程中临界转速下振动增大许多时，则可以作为判断转子产生了热弯曲的因素之一。
2、发电机励磁电流试验
发电机励磁电流试验的目的是判断机组振动原因，是来自电磁方面还是机械方面，电磁方面的原因可分为两种：
· 一是，由于纯电磁激振力引起的振动(如发电机转子线圈匝间短路以及转子与定子间的空气不均匀引起的激振力);
· 二是，由于电方面的原因引起的，发电机受热不均的热弯曲而引起的振动。
后者由于转子热惯性，其振动值的增大在时间上较励磁变化滞后，通常只有在发电机转子励磁电流有较大幅度变化时，振动才有明显改变。励磁电流试验是在机组带上一定负荷时，保持该负荷不变而增大发电机转子励磁电流(降低功率因素)的条件下进行的，发电机转子励磁电流的变化范围是，以不超过其额定值为限。通常随着励磁电流增加，振动值也随之增大。如试验曲线呈光滑上升形状，则说明振动直接与励磁电流有关，是纯电气原因造成的。如振幅增加呈阶梯形，即振动不立即随励磁电流的增加而增大，而是到一定时间阶跃增加，则振动是因转子热弯曲变形增大引起的，通常的原因是转子冷却通风道开孔不正确或灰尘、杂物的不均匀堵塞、线圈膨胀受阻等。
· 并网前后振动变化。如果并网前后振动变化较大，说明转子上存在不平衡电磁力的作用。例如，电动机出现故障后，可以采用“断电速查”法，根据断电瞬间振动的变化情况判断电气缺陷情况。
· 励磁电流变化后，振动随即变化，两者之间没有滞后。这种现象说明振动主要是由于电气缺陷引起的。发电机转子线圈出现匝间短路后，振动变化将以基频为主。发电机转子与静子间的空气间隙不均匀，将会诱发较大的二倍频振动，转子振动增大的同时，静子振动一般也会增大。
· 励磁电流变化后，振动逐渐变化，一段时间后才能稳定下来，振动变化滞后于励磁电流变化。这种现象说明振动主要是由于热变形引起的。可能的原因有：匝间短路诱发的转子部件非对称热变形，通风孔堵塞、冷却水量不均匀等诱发的转子冷却不均匀以及部件松动或膨胀受阻等。
3、发电机冷却介质温度试验
当发电机转轴存在不对称冷却时，发电机转子会发生热弯曲，引起振动增大。因此，通过改变冷却介质的温度，可以判断有无不对称冷却。对于水冷发电机可采用改变冷却水温试验，而对于氢冷发电机可采用改变冷却氢温试验，观察其变化对振动发展的影响。双流式氢冷系统，可以单独改变发电机某一端氢冷器的出口氢温，有助于判断不对称冷却发生在转子的哪一端。通常在存在不对称冷却故障时，冷却介质温度越高，振动越小。
4、负荷试验
负荷改变后，流量、温度、压力、联轴器传递扭矩、汽流激振力、汽缸膨胀、轴承标高等都会发生变化，从而有可能影响机组振动。负荷试验可以在空负荷、中间负荷和满负荷三种状态下进行。负荷改变后，应立即测量振动。然后，保持负荷不变，稳定一段时间或等振动不变后再次测取振动值。负荷变化后，一般需要稳定30分钟以上。
负荷试验的目的是判断机组负荷变化过程中，汽轮机的机械状态和热状态的变化对振动的影响。当机组负荷变化时，一方面汽轮机经联轴节传递到发电机的扭矩立即会发生变化，如果联轴节有缺陷，则机组的振动状态也会立即发生变化。另一方面，因流过汽轮机的蒸汽流量变化，会引起汽缸内蒸汽压力和温度分布的变化，也即汽轮机汽缸、转子和轴承座的热膨胀要相应改变。如果此时汽缸出现不均匀变形而使转子中心不正，导致轴承不能正常工作或汽缸滑销系统卡涩等缺陷，机组振动就要发生变化。由于热惯性，后者引起的振动变化在时间上要比负荷的改变滞后得多。若试验结果表明，振动随负荷的增大立即增大，则说明振动与传递的扭矩有关，一般是联轴节有缺陷或齿牙之间负荷不均等原因造成的。负荷试验时负荷的增加应在运行规程允许的范围内进行。试验时应保持真空等参数不变。
(1) 负荷改变后振动迅速改变，振动变化与负荷变化之间没有滞后。
有的机组并网或解列时，振动也会发生较大变化。这种现象说明振动与转子热变形无关。主要是由于变负荷过程中，作用在转子上的力或力矩发生了变化，导致转子上的激振力发生了变化。激振力改变后，振动随即改变。
齿式联轴器磨损后间隙变大，机组升负荷过程中可能会因传递扭矩的变化导致齿套偏向一侧而产生不平衡振动。负荷变化、传递扭矩变化、齿套偏移、不平衡力变化、振动变化五者之间几乎是同步的。
加负荷过程中，由于蒸汽流量的增大，汽流激振力越来越大。对于稳定性较差的机组，当汽流力增大到一定程度后，会造成机组失稳。此时，振动也会随负荷的增加而突然增加。
有些机组带负荷过程中，由于传递扭矩和部分进汽度的变化，转轴在轴瓦内的位置会发生一定变化。如果轴承内最小油膜间隙过小，将会导致转轴与乌金之间的轻微摩擦和不稳定振动。这种振动将随负荷的增加而快速增加。
(2) 负荷改变初期振动变化较小，一段时间后振动逐渐变化，振动变化滞后于负荷变化。
这种现象说明振动与膨胀不畅或热变形等因素有关。负荷改变后，汽缸及转子内部温度场发生了变化，机组有可能因此而产生膨胀不畅或热变形故障。前者改变了支承刚度，后者改变了转子上的激振力，都会导致振动的变化。由于温度变化以及由此引起的热变形和膨胀等都需要时间，因此出现这类故障后，振动变化大多滞后于负荷变化。
检查机组膨胀是否正常，可根据汽缸两侧膨胀指示器或自行架设百分表来分析。如果两侧指示相同，但数值偏小，说明汽缸膨胀不畅;如果两侧指示值差异较大，说明汽缸存在跑偏。汽缸膨胀不畅或跑偏主要是由于汽缸及所属管道较重、汽缸受管道约束力较大、轴承座与台板之间缺少润滑或润滑油脂干枯、汽缸刚性不足等因素所引起的。这时应力求减少汽缸膨胀阻力和管道约束力，增强汽缸刚度，延长暖机时间。
5、变化真空试验
大型汽轮机低压转子轴承通常与排汽缸连成一个整体。凝汽器内建立真空时，在大气压力作用下，排汽缸和位于其上的轴承座会下沉。真空变化的过程中，排汽缸温度也会发生变化，这些因素都会影响振动。真空试验的目的在于判别机组振动与真空及排汽温度之间的关系，也可用于判断汽缸底部与台板之间的接触状态。
真空试验通常是在较低负荷下进行，这时真空变化范围可以大些。真空变化可以通过改变凝汽器循环水量来完成。真空改变后，应立即测取振动值，稳定半小时后再测一次振动。
(1) 振动随真空的变化而迅速变化
这种情况多出现在排汽口与凝汽器采用弹性连接的机组上。主要原因有，排汽缸刚度较差、轴承座标高变化影响对中偏差;真空变化过程中，低压缸动静部分间隙变化较大并导致了摩擦;排汽缸底部与台板之间接触不好。真空变化过程中因排汽缸位置变化，导致排汽缸底部与台板之间出现松动和支承系统刚度降低。
(2) 振动变化滞后于真空变化
振动变化滞后于真空变化，表明振动与热状态有关，这是因为真空变化的过程中，排汽缸温度也发生了变化。这种情况多发生在排汽口与凝汽器采用刚性连接、且排汽部分刚度又较好的机组上。
6、轴承润滑油试验
轴承工作状况对于旋转机械安全运行至关重要。轴承间隙过大、供油不足、油温不当、载荷过重或过轻等都会使轴承发生故障。改变轴承润滑油温和压力，也就改变了轴承工作状态。通过该试验，可以分析轴承工作状况及其对振动的影响。
润滑油压试验时，可以先将油压升高20～40kPa，观察振动是否因轴承供油量的增大而发生变化。如果振动是由于轴承供油不足而引起的，那么供油压力提高后，振动幅值将明显变小。
油温试验可以在高和低两种状态下进行。油温改变后，需要立即测量振动。稳定30min后再次测量振动。油温降低过程中，处于稳定性边缘的轴承有可能发生油膜振荡，振动突增。试验中一旦出现这种趋势，应立即停止试验。
来源：本文转载自今日头条 头条号电力鹰，内容综合自大唐湘潭发电有限责任公司《精密点检振动标准》和西安热工研究院有限公司《汽轮发电机组振动故障诊断和处理技术研讨班》培训教材
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