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摘要：本文针对某台燃气-蒸汽联合循环机组发生的低压缸轴承振动问题，建立了轴承-支撑系统简化分析模型，研究了低压缸轴承轴振小、瓦振大故障机理，通过精细动平衡降低激振力的方法消除了机组振动。
关键词：460MW；燃气-蒸汽联合循环机组；低压缸；轴承；振动问题
一、燃气-蒸汽联合循环机组振动现象
本文以某台460MW燃气-蒸汽联合循环发电机组为例，燃机与汽机分轴布置，其中汽机发电机组轴系由高中压缸转子、低压缸转子、发电机转子组成。低压缸两侧轴承采用座缸式结构，轴承编号为3#和4#。
该机组正常运行过程中的振动数据如表1所示。低压转子两侧轴承座振动较大，但是轴振较小。3#瓦侧轴承座振动与x和y轴振之间的比例分别为0.195∶1和0.344∶1，4#瓦侧轴承座振动与x和y轴振之间的比例分别为1.646∶1和3.038∶1。3#瓦侧轴承座振动小于轴振动，4#瓦侧轴承座振动远大于轴振动，两侧振动特性不完全相同。
2.2支撑刚度对振动的影响
支撑刚度k2越大，固有频率ωn越高，在工作转速范围内不可能出现汽缸共振频率，动力学分析时可以只考虑轴系各阶共振频率影响。当支撑刚度降低到一定程度后，ωn小于最高工作转速时，升速过程中将可能出现与汽缸相对应的共振频率，振动分析时必须考虑支撑系统共振的影响。从式(4)可以看出，不同转速和支撑刚度下，轴承座振动和转轴相对振动之间会出现比较复杂情况。
①支撑刚度k2较大，或转速ω较低时，k2－ω2m＞k1，Y＞Y2，轴承座振动小于轴振，轴承座振动与轴振之间的振动相位相同。这是一种比较常见的情况。在这种情况下，轴承座振动与轴振之间的差值随着转速的升高而减小。②转速升高或支撑刚度降低到一定程度后，转速所对应的频率与支撑共振频率重合，k2≈ω2m，此时Y=0，轴振近似为0，轴承座振动将远大于轴振，振动主要表现在轴承座振动上。③支撑刚度k2进一步减小，或转速ω进一步升高，k2－ω2m＜k1，Y＜Y2，轴承座振动大于轴振。当k2－ω2m＞0时，轴承座振动与轴振之间的相位相同;当k2－ω2m＜0时，轴承座振动与轴振之间的相位相反。
三、低压缸轴承振动分析
研究分析中得出的数据显示了#3和#4轴承升速过程中x方向轴振和轴承座振动随转速变化情况。从中可以看出：①升速过程中3x和4x随转速变化比较平缓，没有出现比较明显的振动峰值。②3#和4#轴承座在整个升速过程中出现了较多的共振峰值。如表2所示，两侧振动信号中反向分量较大，呈现典型的二阶共振现象。
根据上述现象，判定低压缸支撑系统刚度较弱，导致在工作转速附近出现支撑系统共振现象，并由此导致工作转速下轴承座振动远大于轴振动。
四、故障治理
要消除支撑系统共振，理论上应尽可能提高支撑刚度，将支撑系统共振频率提高到工作转速范围以外。现场实施时，受低压缸结构、安装、工期等方方面面因素的限制，大幅度提高支撑系统刚度的难度很大。
不平衡激励力所引起的振动属于强迫振动，满足以下关系:A=F/Kd
式中:A为振动幅值，F为激励力幅值，Kd为支撑系统动刚度。减小激振力和增大支撑系统动刚度都可以降低振动。支撑刚度较弱或难以大幅度改善时，振动对激振力比较敏感，降低激振力同样可以取得减振效果。
根据上述分析，决定开展低压转子现场动平衡试验。根据计算，在转子两侧分别加重340g∠60°和340g∠240°后，低压缸两侧轴承座振动明显减小，全部降低到30μm以内。根据加重前后的振动变化计算得到的影响系数值反映了在转子两端分别加1kg∠0°和1kg∠180°配重后的振动响应。且加重对低压转子3#轴承座轴振的影响大于对轴承座振动的影响，加重对4#轴承座轴振的影响小于对轴承座振动的影响。该现象表明低压转子两侧支撑刚度特性不完全相同，3#侧支撑刚度大于4#侧。
本次平衡后，低压缸两侧瓦振大幅度降低。运行半年后，轴承座振动逐渐增长。根据振动数据，又进行了一次动平衡调整，在转子两侧分别加重250g∠90°和250g∠270°，轴承座振动降低到20μm以内。本次调整后，机组一直保持稳定运行。
结论
综上所述，轴振和轴承座振动都反映了系统振动情况，都应该给予足够重视。有一些机组因为轴承座振动大而轴振小，就不考虑轴承座振动是不合理的。对于座缸式或端盖式轴承而言，由于支撑刚度较弱，轴承座振动可能比轴振大。绝对轴振中同时包含了相对轴振和轴承座振动信息，监测这类轴承的绝对轴振比监测相对轴振更有意义。不同工作状态下，轴振和轴承座振动之间的幅值和相位差值可能很大，不能一概而论。
参考文献:
[1]郭伟康.S109FA燃气-蒸汽联合循环机组轴承振动大运行分析与处理[J].燃气轮机技术.2014(01)
[2]郭玉杰.真空变化对大型汽轮发电机组轴承标高和振动的影响分析［J］.电站系统工程，2012.
论文作者:林艳芳
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：刚度论文; 轴承座论文; 低压论文; 转速论文; 转子论文; 机组论文; 轴承论文; 《电力设备》2016年第19期论文;