发电船用汽轮发电机组振动分析与处理

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翻新时间：2023-08-09

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发电船用汽轮发电机组振动分析与处理

摘要：振动是汽轮机组故障中较为棘手的难题，这套汽轮发电机组应用于某国外发电船上，在试车过程中，齿轮箱中的大齿轮振动一直超标，已经影响到机组交付运行。采用状态监测技术对某船用汽轮发电机组进行频谱分析和故障辨别，判断出齿轮箱中大齿轮振动的主要原因。之后采取加固公共底盘，更换饶性联轴器等措施后，解决了机组振动异常的问题。

关键词：发电机组；发电船用汽轮；大齿轮；动刚度；饶性联轴器；公共底盘文献标识码：A

1 设备概况

该设备为汽轮发电机组，中间用齿轮箱驱动发电机。汽轮机与齿轮箱采用挠性联轴器，齿轮箱和发电机采用刚性联轴器连接。齿轮箱中的大齿轮为扭力轴。汽轮机工作转速在5818rpm，工作转速以下有一个临界转速。发电机工作转速在1500rpm，远低于一阶临界转速，因此属于刚性转子。

汽轮机和齿轮箱也是安装一个小的公共底盘，然后和发电机直接固定在大的公共底盘。大的公共地盘底部是弹簧支撑，架设在发电船上。所有公共地盘材料都是钢。其结构图如图1所示：

示意图

该机组在每个轴承上安装了2个电涡流传感器，用于测量转子相对于轴承的轴振动。2个电涡流传感器在其轴承测量面内的安装角度相互垂直。总体分布如图2所示。

2 振动的特征

2.1 振动总体概述

其各振动测点幅值历史趋势如图3所示：

图3 汽轮发电机组各振动测点幅值历史趋势图

图中纵坐标是振幅（um），横坐标是时间（s），747A/B和745A/B对应于大齿轮上的轴振传感器，对应于示意图中6和5位置，5号位置是靠近汽轮机端，6号位置是靠近发电机端。

图4 机组各个位置轴承座水平、垂直振动值

从图4中我们看出，在汽轮机2000rpm之前，机组各个轴承座振动相对小，到接近3000rpm的时候，整个机组各个轴承座振动迅速增大，出现共振现象。

2.2 大齿轮轴心位置异常

考虑到6的位置相对振动很大，为此特别关注了大齿轮轴轴心位置的变化。如图5所示：

图5 6号位置轴心位置趋势图

汽轮机启动后，大齿轮轴心位置缓慢靠近传感器747A，但只是移动了一点。随后迅速的远离。当转速升到3000rpm时，还是没有改变轨迹，直至跳机。支撑大齿轮的轴承类型是普通二油叶，正常是随着转速增加，微微向上抬起并保持稳定。这样的左右移动轨迹明显被发电机转子拖动。

2.3 发电机前轴承座启停机异常

为了更好地识别振动的来源，增加了速度传感器来监测轴承座的绝对振动。图6是发电机前轴承座的开车停图：

图6 发电机前轴承座开停机图

图6上半部分是幅值和时间的关系，下半部分是相位与时间的关系。从开机整个过程中，整个前轴承座出现了好几个振动幅值波峰，同时相位也是大幅度改变。在发电机停机过程中，振动不是稳定下降，而是突然再次出现增加，来回几次。与此同时，大齿轮的振动也是随之振幅上升。最关键的是观察到发电机转子轴振同步的不断变小，刚好与轴承座的绝对振动幅值相反。

3 振动原因分析

大齿轮振动频谱主要是一倍频成分，发电机转子相对振动随着转速上升减少，轴承座绝对振动刚好相反，而且可重复性强。因此从以下三个方面考虑：

3.1 齿轮箱问题

断开了齿轮箱和发电机的刚性联轴器，打开齿轮箱，检查大齿轮轴和轴瓦之间的间隙、紧力、接触等数值，结果满足合格证要求。对汽轮机和齿轮箱单独开机，运行到额定转速发现各个位置相对振动和绝对振动都是相当小，这样可以排除振动是由齿轮箱产生。

3.2 大齿轮与发电机转子不对中

对齿轮箱和发电机中心进行复测，发现左右中心偏差在0.07mm左右。对于刚性联轴器，根据国家标准，左右偏差要求在0.03mm之内。转子对中偏差的不平衡产生普通强迫振动激振力，导致大齿轮振幅变大。但是之前的机组启动前，中心数据的复测是合格，这让我们怀疑振动来自发电机部分。

3.3 发电机与公共地盘的刚度不够

众所周知，机组的振动增大除了激振力的增加外，还和机组的动刚度减少有关系。

A=P/K

式中：A为振幅；P为激振力；K为动刚度。

3.3.2 公共地盘结构刚度不够。当上述问题解决后，再进行了开机测试。振动特征转变如下：机组能够到达额定转速，但是运行较少一段时间后（比如10分钟），齿轮箱振动还是变大，并且汽轮机振动也是迅速上升，机组存在共振现象。

其振动原因整个发电机重量是在45t左右，之前的这种汽轮发电机机组是安装在水泥基础上。而现在这个公共地盘采用了钢结构，钢结构的阻尼远小于水泥基础，并且同样的激振力下，钢结构的振幅比较大，其振动的自由度比较多。