摘　要：针对国产125MW（135MW）机组发电机后轴承异常振动问题，在取得了大量现场试验数据的基础上，充分利用转子动力学的研究成果并结合多年现场工作经验，对该型机组的发电机后轴承异常振动机理进行了详细的分析，提出了处理解决的途径。实践证明，对振动分析及处理方法是行之有效的。
　　关键词：125MW机组；汽轮机；发电机；轴承振动；转子动力学
　　国产125MW机组以及改造后的135MW机组在江苏省投运有二十余台，总的来说，这些机组的振动状况还是好的。但是，机组发电机后轴承存在异常振动，排除测点处存在强磁场对测量的干扰外，该轴承轴向振动超标，似乎已成通病。有些机组为此停机多次，造成巨大经济损失。
　　1　发电机后轴承振动机理
　　有多台国产125MW（135MW）机组发电机转子后轴承的振动水平都偏高，主要表现有：（1）轴的振动测量值虚假偏大；（2）轴承的顶部垂直振动存在差别振动，从而导致轴承的轴向振动偏大；（3）轴系上的扰动力过大。
　　过去投运的一些老机组没有安装汽轮机监视仪表（TSI）保护装置，发电机后轴承振动主要表现为轴承顶部的差别振动和轴向振动大。后来新投运的机组基本都安装了TSI保护装置，可以直接测量轴的振动，多台机组实测显示该轴承轴向振动大，而实际上是虚假值，在此分别进行分析和阐述。
　　1.1轴振数据显示偏大及其原因分析
　　125MW（135MW）机组轴系有2种支承方式：
　　（1）3支承方式，即汽轮机高中低压转子3个轴承支承，发电机2个轴承支承，则发电机的后轴承是5号轴承；（2）4支承，即汽轮机高中低压转子4个轴承支承，则发电机的后轴承为6号轴承。本文着重讨论发电机后轴承的振动问题。
　　图1为实测到的某台125MW机组满负荷时发电机后轴承轴向振动波形图，每个振动周期内存在着2个负向尖脉冲，这是由于涡流传感器测到的发电机线圈引出线的强大的磁场干扰所致，振动信号完全被脉冲信号淹没，分析此时振动测量值，其通频信号为165μｍ，而工频信号仅36μｍ。由于TSI保护装置不能分辨通频和工频信号，而只能检测到峰一峰值，因此显示其幅值为165μｍ，系统报警灯常亮。实际上这时的测量值已失去监视价值。 　　发电机转子线棒的引出线端口在后轴承侧，图2示意发电机转子后轴承部位横截面的结构特征：发电机转子在该轴承轴颈的内部存在孔洞，而该轴承的轴向振动测量传感器就安装在轴颈部。根据涡流传感器测量原理可知，非接触式涡流传感器的输出电压正比于传感器测量面与被测金属表面之间的距离，要求被测金属不能有键槽、凸台、孔洞等不均匀材质。但是，实测该处轴表面到孔洞的距离，已经大于涡流传感器直径的（3～5）倍。因此，测量误差不可能由材质不均匀而导致。经过多次现场试验，发现机组加励磁电流并带负荷后，振动就有突然增大的现象，因此可以确认：由于转子内部的发电机线圈出线离振动测量涡流传感器相对较近，当加励磁电流时，强大的磁场效应作用，使得涡流传感器的测量受到很大的干扰，在振动波形图上每转出现2个负脉冲的干扰信号。 　　在另一台137MW机组上也检测到类似的振动波形，图3和图4为某电厂改造后的137MW机组发电机后轴承的轴向振动波形图。其中，图3为机组空载时的发电机后轴承轴向振动波形图，当时没有励磁电流的影响，仅反映轴向振动波形，而图4为机组带负荷后的发电机后轴承轴向振动波形图。显然，波形图里的负脉冲是受到励磁电流产生磁场的影响。这时轴向振动的通频振幅为156μｍ，工频振幅为87μｍ，TSI系统显示发电机后轴承轴向振动为156μｍ。 　　1.2轴承振动问题
　　有多台125MW机组存在发电机后轴承振动偏大的问题，尤其是轴向振动偏大。
　　分析发电机后轴承振动偏大的原因，主要有3个方面：（1）球面轴承不能自定位引起轴瓦边接触导致轴向振动大。（2）轴承座与基础台板的结合不够紧密，在轴承座的垂直振动沿轴向方向存在差别振动；（3）轴承垫铁松动，轴颈在旋转一周中呈现4倍或3倍的高次谐波，且谐波忽大忽小地变化。
　　图5为某电厂125MW机组的轴系支承简图，该机组的汽轮机为3支承，故发电机后轴承为5号轴承。 　　分析5号轴承的结构和所处位置，由于轴系扬度调整的需要，5号轴承的标高比3号轴承要高出几厘米，使5号轴承轴颈处于略为倾斜的状态。在检修时，往往能看到5号轴承的下轴瓦单边接触的磨痕。为了使轴颈在轴承里能够得到自调整，5号轴承的下轴瓦枕被设计为球面形状，当轴颈在轴瓦里略为倾斜时，轴瓦具有自定位能力，使轴颈能和轴瓦完全接触，改善振动水平。
　　然而，由于长期运行，机组的整体基础发生一定的变化。比如，有的机组在厂房内是横向布置的，即机头朝向锅炉房，这样的布局经长期运行，机头侧的厂房即锅炉房侧的整体基础有下沉的趋势，使得机组的1号轴承标高比初安装时有所降低。在现场检修时，要使1号轴承基础恢复到原设计状况是有一定难度的，为保证轴系的扬度，往往将机组尾部抬得更高，这就使得5号轴承的轴瓦边接触情况更严重。另外，瓦枕的球面经长期运行后往往锈死，不能自如活动，球面自定位的功能无法实现，使得5号轴承顶部的垂直振动沿轴向方向出现差别振动，造成轴向振动偏大。
　　图6所示的是某台125MW机组5号轴承外特性试验振动测量数据。轴承顶部垂直振动在发电机侧为69μｍ，励磁机侧16μｍ，差别振动达4.3倍，此时的轴向振动达100m。当时将底脚螺丝拧紧，差别振动减小，垂直振动及轴向振动均降低到50m以下。由此可见，轴承顶部垂直振动沿轴向的差别越大，轴向振动就越大。反之，当垂直振动的差别振动较小时，轴向振动就小。 　　1.3轴系扰动力分析
　　轴承座上发现上述问题应及时予以处理，如果有的机组发电机后轴承没有发现明显的问题，则应考察发电机转子的扰动力。有的机组在通过发电机临界转速时出现很大的1阶振动响应，需要增加升速率才能通过；有的机组在额定转速3000r/min时振动超标，主要表现为发电机2个轴承的反相振动超标，即发电机转子的2阶振动偏大，这种强迫振动属于质量不平衡，可通过现场高速动平衡加以改善。
　　2　消除发电机后轴承振动的措施
　　2.1轴振的测量
　　发电机转子后轴承轴向振动的测量可以采用接触式测量（图7）。采用一个乌金接触面，用弹簧直接压在轴颈表面，乌金与一延伸金属杆刚性联结并穿过轴瓦，此乌金面紧贴在转子表面。所以，乌金面的振动直接反映轴向振动，与乌金面刚性连接的延伸杆的振动亦即反映轴向振动。用涡流传感器测量金属延伸杆的振动，就避开了由于发电机线圈出线在通过励磁电流时，对发电机后轴承振动测量的干扰。江苏省Z近投运的几台135MW机组，发电机后轴承基本上采用了这样的测量装置，振动波形里大的负脉冲现象消失，TSI系统能反映真实的发电机后轴承振动，测量问题得到了基本解决。但是，该装置的薄弱环节在压紧弹簧，稍有安装不适，也会导致测量干扰，甚至导致机组由于保护误动而停机，造成经济损失。 　　2.2发电机后轴承轴向振动的处理
　　如前所述，在现场为了保证轴系的扬度，往往把发电机后轴承或者励磁机的轴承标高抬高，使得后轴承的边接触现象严重，从而引起发电机后轴承振动大。在有的电厂检修人员把发电机后轴承预置成倾斜的，使轴瓦与轴颈接触更好，既保证了轴瓦的接触，又符合轴系的扬度，收到了良好的效果。同时，须使该轴瓦瓦枕的球面碾磨良好，很好地发挥轴瓦的自定位功能，另外，轴瓦的紧力调整适当，底脚螺丝不能有松动，这样，发电机后轴承轴向振动大的问题基本上可以得到妥善处理。
　　2.3转子扰动力大的处理
　　当既不存在轴向振动测量的误差，又不存在后轴瓦边接触引起轴向振动大的问题时，经过分析判断轴向振动超标是真实的，并且振动为工频的时候，可以通过现场高速动平衡改善振动，只要方法得当，基本上进行1次平衡就能成功，至多2次。
　　3　结论
　　国产125MW（135MW）机组发电机后轴承振动的问题归结为3类：
　　（1）发电机转子线圈出线在转子内部存在孔洞，由于励磁电流强磁场的影响，导致轴向振动波形存在尖负脉冲，解决的办法是将测量方法改为接触式测量。但是，本文中叙述的接触式测量方法还存在抗干扰性能差，从而影响测量精度的问题，有待于进一步研究改进。
　　（2）发电机后轴承的轴瓦边接触导致轴承振动大，尤其轴承的轴向振动大，判断此问题只要测量轴承的顶部差别振动，如差别振动较大时，则轴向振动会很大，处理时，一方面可以对发电机后轴承进行调整，不仅保证轴系扬度，也使轴瓦的接触更好；另一方面，也可以通过动平衡，降低垂直振动，使轴向振动有所改善。
　　（3）如果经振动试验研究确认，发电机后轴承的振动是因为转子扰动力过大，可以在发电机转子上进行现场高速动平衡。