1、密封瓦引起的不穩定振動分析楊建剛(東南大學火電機組振動國家工程研究中心，南京 210096）摘 要：霍州電廠3機系國產100MW機組，長期以來該機組振動一直不穩定。機組36瓦振動對勵磁電流、真空等參數敏感，嚴重影響了機組的安全穩定運行。本文通過發電機轉子動力學建模，深入研究了發電機轉子動力特性，指出密封瓦所處軸向位置對應著發電機二階振型最敏感點以及發電機二階臨界轉速對支撐剛度的變化很敏感。這兩點因素導致發電機轉子振動對密封瓦處由于摩擦等因素所造成的微小干擾力敏感，從而造成了振動的不穩定。據此制定了故障治理方案并在機組大修中實施，取得了良好效果。關鍵詞：振動 摩擦 平衡 診斷 汽輪發電機組1 前

2、言山西霍州電廠3機系國產100MW汽輪發電機組，軸系由高壓轉子、低壓轉子、發電機轉子和勵磁機轉子組成，如圖1所示。圖1 霍州電廠3機軸系示意圖2 機組動力學建模根據發電機轉子結構圖，我們將轉子沿軸向分為38段、39個節點。第5和32節點為軸承，56節點間以及3132節點間的軸段對應著發電機轉子前后密封瓦，第8和29節點對應著發電機風扇，第910段和2728段對應著發電機前后護環。機組軸系動力學模型如圖2所示。圖2 機組軸系動力學模型3 計算結果分析計算得到的發電機轉子臨界轉速為1353rpm和3325rpm，機組5月份大修停機前實測臨界轉速為1380rpm和3280rpm。比較計算與實測結果，

3、可見計算結果與實測值相近，說明所建立的計算模型比較準確。圖3給出了與前兩階臨界轉速相對應的發電機轉子振型。從圖中可以看出一階振型很正常。從二階振型分布中可以看出，密封瓦所處位置正對著二階振型最大點，對二階分量特別敏感，也就是說密封瓦處的微小故障都有可能引起嚴重的不穩定振動。 圖3 發電機轉子前兩階振型4 支撐剛度對發電機轉子臨界轉速的影響圖4給出了發電機轉子前兩階臨界轉速隨支撐剛度的變化情況。從圖中可以看出，電機轉子二階臨界轉速受支撐剛度的影響很明顯。支撐剛度的少許降低都會導致二階臨界轉速的大幅降低。機組發電機轉子前軸承座落在低壓排汽缸上，受真空、排汽缸溫等運行參數的影響，排汽缸會產生變形，容

4、易造成排汽缸底部與基礎之間的接觸不好，從而導致支撐系統動剛度降低。支撐系統剛度降低會使機組二階臨界轉速進一步降低，從而造成熱態下機組工作轉速與二階臨界轉速之間的避開范圍不夠，機組處于“熱態共振”區內，對微小激振力的影響非常敏感，從而導致振動的不穩定。圖4 支撐剛度對臨界轉速的影響5 密封瓦處激勵力的影響分析(a)(b)圖5 密封瓦處軸頸受力（a）和力偶（b）作用時振動響應隨轉速變化情況圖5給出了在密封瓦所對應的軸頸上分別施加力和力偶作用時發電機前后軸承振動響應隨轉速變化情況。從圖中可以看出：（1）在力作用下，發電機轉子振動隨轉速升高而降低，說明振動對力的作用很不敏感；（2）在力偶作用下隨轉速升

5、高，發電機轉子前后軸承振動增大很快，這表明軸承振動對密封瓦處力偶激勵力的作用非常敏感。這與發電機振動對二階激振力分量敏感的結論是一致的。6 故障原因分析和治理方案根據上述計算和分析，可以得出以下幾點故障原因分析結論：（1）密封瓦所處軸頸段對應著二階振型最敏感段，該段微小激勵力都可能產生很大振動。（2） 二階臨界轉速與機組工作轉速之間的避開范圍不夠，熱態下支撐系統動剛度降低，會使得二階臨界轉速進一步靠近工作轉速，導致振動很敏感和不穩定。根據上述分析，制定如下治理方案：（1） 大修中采取措施消除密封瓦處軸頸段的橢圓度，同時要保證軸頸的光潔度。（2） 大修中密封瓦安裝時必須注意其安裝工藝，保證其靈活性，嚴禁密封瓦運行中卡澀。（3） 提高密封油的清潔度，防止有臟顆粒進入密封瓦中；（4） 大修中認真檢查并消除低壓排汽缸底部與基礎之間的間隙，保證兩者接觸緊密；（5） 啟動后對發電機轉子動平衡，盡可能降低擾動力。7 故障治理效果和結論上述故障治理方案在機組本次大修中得到了很好貫徹