工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動問題分析研究與解決方案

曹艷純

摘要：對于高速工業(yè)發(fā)電機(jī)來說，保證電機(jī)良好的振動狀態(tài)，成為考核電機(jī)質(zhì)量的重要指標(biāo)。同時，該項(xiàng)工作也是工業(yè)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造的關(guān)鍵技術(shù)所在。圍繞發(fā)電機(jī)的振動故障的解決和振動狀態(tài)的優(yōu)化，電機(jī)生產(chǎn)科技人員們一直在為之不斷奮斗著。在此過程中，工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動問題是一個難題。因?yàn)樗莻€電機(jī)振動狀態(tài)隨電機(jī)溫度變化而變化的振動問題。為了解決這一難題，我們從各類工業(yè)發(fā)電機(jī)的熱態(tài)振動狀態(tài)的實(shí)際分析入手，分析熱態(tài)振動產(chǎn)生的機(jī)理，從而在在質(zhì)量控制、工藝執(zhí)行和改進(jìn)及設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面提出建議及有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)發(fā)電機(jī);熱態(tài)振動;故障分析;頻譜分析;動態(tài)穩(wěn)定;熱膨脹

一、2極汽輪發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動監(jiān)測及分析

1.1 ?2極汽輪發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動監(jiān)測實(shí)例

對QF-2、QF12-2、QF15-2三個2極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速平衡狀態(tài)下及整機(jī)狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)及相關(guān)情況進(jìn)行分析。相關(guān)情況說明：整機(jī)由于為分體式結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)地板和緊固條件所限，不對振動值進(jìn)行嚴(yán)格考核，以高速平衡狀態(tài)下振動值為準(zhǔn)。

相關(guān)情況說明：2極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速動平衡試驗(yàn)是利用產(chǎn)品軸承座將轉(zhuǎn)子進(jìn)行支撐，然后用拖動電機(jī)（YKS630-2 2000KW電機(jī)）通過萬向節(jié)進(jìn)行拖動，使用振動檢測分析儀，用現(xiàn)場動平衡校正法進(jìn)行校正。同時進(jìn)行3600r/min的超速試驗(yàn)。整機(jī)由于為分體式結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)地板和緊固條件所限，不對振動值進(jìn)行嚴(yán)格考核，以高速平衡狀態(tài)下振動值為準(zhǔn)。

1.2 ?2極汽輪發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動數(shù)據(jù)分析

通過對多臺2極汽輪發(fā)電機(jī)在熱態(tài)下的振動檢測，得出如下分析結(jié)果：1、在高速動平衡校驗(yàn)狀態(tài)下，將軸承溫度從冷態(tài)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，從軸承座上（水平和垂直方向），總體來說1倍頻幅值基本不變，2倍頻幅值上升幅度約為10%，軸振基本沒有變化。2、在整機(jī)狀態(tài)下，將軸承溫度從冷態(tài)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，從軸承座上（水平和垂直方向），總體來說1倍頻幅值有所增加，增加量約為5%，2倍頻幅值增加量與高速動平衡狀態(tài)下基本相同（狀態(tài)與高速動平衡狀態(tài)下相同）約為10%，軸振增加幅度與1倍頻增加量相同，約為5%。

1.3 ?2極汽輪發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動機(jī)理分析

從2極汽輪機(jī)上述兩種熱態(tài)下的振動數(shù)據(jù)的基本分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)綜合分析，我們分析其機(jī)理為：1、校高速狀態(tài)下，軸瓦溫度上升，軸瓦與軸的配合及軸瓦與瓦座的配合面有所變化，導(dǎo)致2倍頻幅值增加;2、整機(jī)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子溫度有所上升，約為60度左右，轉(zhuǎn)子線圈在熱態(tài)下，膨脹、位移，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部質(zhì)量分布狀態(tài)有所改變（尤其是徑向的位移），導(dǎo)致轉(zhuǎn)子1倍頻激振力增大，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動有所增大。

1.4 ?2極汽輪發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動相關(guān)建議

基于上述1.3中的機(jī)理分析結(jié)果，對于2極汽輪發(fā)電機(jī)在改善其熱態(tài)振動方面，有如下建議：

1> 無論是在高速動平衡狀態(tài)還是在整機(jī)狀態(tài)下，由于滑動軸承溫度的升高，2倍頻振動幅值都有所增加，證明滑動軸承在溫度升高后的狀態(tài)不穩(wěn)定，尤其是球面帶絕緣層的滑動軸承，由于絕緣層在受熱后更容易以在制造過程中，對于滑動軸承的制造要提出更高地要求，要求滑動軸承進(jìn)一步具備熱態(tài)下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定能力，尤其對于球面絕緣的熱態(tài)下的機(jī)械性能的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高;

2> 2極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈端部的固定非常重要，在線圈端部的整形、固定、排膠等過程需要嚴(yán)格按照相關(guān)工藝要求嚴(yán)格執(zhí)行。尤其要注意線圈端部外圓的平整度（由于線圈端部外層絕緣我們采取扎無維帶烘干的方式，如果線圈外圓平齊度不佳，就會造成凹陷處無維帶很厚，而凸出處非常薄，導(dǎo)致熱態(tài)下，線圈端部膨脹的不均勻，而產(chǎn)生質(zhì)量在某個截面上的不對稱，從而影響和破壞平衡。

二、4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動問題系統(tǒng)分析

2.1 ?4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動監(jiān)測實(shí)例

我們對001 ?TFW9-4，002 ?TFW6.3-4，003 TFW7.5-4，004 TFW15-4 等電機(jī)進(jìn)行了熱態(tài)振動檢測。

以001為例進(jìn)行重點(diǎn)闡述：

001轉(zhuǎn)子通過校低、高速動平衡合格，總裝試驗(yàn)時，冷態(tài)振動相當(dāng)好，但隨定、轉(zhuǎn)子溫度升高，振動值隨之增大，同時伴隨電機(jī)異響，轉(zhuǎn)子溫度到60度左右，電機(jī)振動突然增大，到80度時，振動值達(dá)到10mm/s左右。

電機(jī)前后軸承檔水平、垂直、軸向振動隨溫度、時間的變化表：

通過專題分析會，我們斷定是轉(zhuǎn)子線圈端部未固化良好，于是對端部進(jìn)行淋JN1148處理。

電機(jī)再次試驗(yàn)，熱態(tài)振動情況依然未見好轉(zhuǎn)。

通過在軸伸及非軸伸端增加渦流傳感器，檢測轉(zhuǎn)子振動情況。在定子不同溫度下及不同轉(zhuǎn)速下，以及定子溫度達(dá)到70℃時降低轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)子振動情況進(jìn)行統(tǒng)計分析。包括利用渦流傳感器，對轉(zhuǎn)子的變形狀態(tài)進(jìn)行熱態(tài)和動態(tài)檢測。

排除軸在熱態(tài)下發(fā)生彎曲可能，針對線圈在熱態(tài)下是否存在松動情況項(xiàng)目小組召開專題會議。經(jīng)討論，是否浸漆絕緣漆粘度較低以及采用靜置烘焙導(dǎo)致絕緣漆附著量不足而參數(shù)線圈在內(nèi)部存在間隙。故而在熱態(tài)下銅線質(zhì)軟且存在較大離心力導(dǎo)致高速熱態(tài)下電機(jī)振動。

將轉(zhuǎn)子進(jìn)行重新浸漬TH1168高粘度絕緣漆及經(jīng)旋轉(zhuǎn)烘焙后，電機(jī)復(fù)裝試驗(yàn)熱態(tài)振動合格。

2.2 ?4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動數(shù)據(jù)分析

4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)以005 ?TFW9-4 電機(jī)熱態(tài)振動為典型，上述2.1中整個過程簡述為：轉(zhuǎn)子冷態(tài)振動良好，轉(zhuǎn)子60度，振動突變，隨溫度上升持續(xù)增大。通過轉(zhuǎn)子線圈端部淋漆（JN1148），烘干后，重試，沒有改善。我們將重點(diǎn)放到了漆的粘度上，重新壓力（非真空）浸1168漆（80S）后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)烘干，重裝，試驗(yàn)熱態(tài)振動合格。

2.3 ?4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動機(jī)理分析

有上述2.2分析，可以得出4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動大，尤其是像005 電機(jī)這樣振動在熱態(tài)下突變且隨溫度持續(xù)增大的問題根源就是轉(zhuǎn)子線圈的熱態(tài)穩(wěn)定問題。

2.4 ?4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動相關(guān)建議

1> 在滑動軸承方面，4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)與2極汽輪機(jī)相同，即要求滑動軸承進(jìn)一步具備熱態(tài)下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定能力，尤其對于球面絕緣的熱態(tài)下的機(jī)械性能的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高”;

2> 在轉(zhuǎn)子線圈端部的固定方面，4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)較2極汽輪發(fā)電機(jī)對線圈端部的要求更高（4極隱極工業(yè)發(fā)電機(jī)同樣采取排膠后扎無維帶固化后加工的方式）。主要體現(xiàn)在如下幾個方面：A、線圈端部的形狀控制利用工裝，邊排膠邊壓緊，線圈端部的最終形狀靠螺栓的擰緊程度保證，必須嚴(yán)格對扇形瓦相對于轉(zhuǎn)子鐵芯外圓的位置進(jìn)行精確測量;對于浸漆方式的轉(zhuǎn)子，線圈端部的整形非常重要。必須嚴(yán)格控制線圈端部外圓的平整度和外圓整體尺寸。

三、針對主要原因，在生產(chǎn)制造質(zhì)量控制、工藝執(zhí)行建議方面相關(guān)方案內(nèi)容

通過本課題綜合概括分析，列出各類工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動綜合分析表：

總結(jié)

針對2極汽輪發(fā)電機(jī)、4極隱極發(fā)電機(jī)分別進(jìn)行了大量的熱態(tài)振動檢測分析，并以典型實(shí)例進(jìn)行了“熱態(tài)振動檢測、熱態(tài)振動數(shù)據(jù)分析、熱態(tài)振動機(jī)理分析”，并分別提出相關(guān)解決和改進(jìn)建議，列出《各類工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動綜合分析表》。能夠?qū)ΜF(xiàn)階段工業(yè)發(fā)電機(jī)在改善和解決熱態(tài)振動問題方面提供非常有價值的依據(jù)?？偨Y(jié)的相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)亦可提供給廣大技術(shù)人員對工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動問題進(jìn)行更加深入的研究，本課題提出的相關(guān)措施與建議希望能夠得到設(shè)計、工藝、質(zhì)量等部門的思考和采納，繼而從根本上解決工業(yè)發(fā)電機(jī)熱態(tài)振動問題，有效控制電機(jī)工業(yè)運(yùn)行的實(shí)際振動狀態(tài)，提高電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

湘潭電機(jī)股份有限公司 ?湖南省湘潭市 ?411101