发电机壳体高倍频振动异常分析研究

发电机壳体高倍频振动异常分析研究

李敬豪

中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院，合肥 230031

摘要：某电厂12MW发电机运行过程中发电机壳体振动超标，现场测试发现振动以6倍频300Hz为主。现场对发电机壳体进行了静频测试和超速试验，分析认为发电机壳体振动大产生原因是结构振动导致。针对结构共振提出对壳体进行加固处理避开共振区的方法。避免了盲目使用动平衡降低振动的错误处理，介绍的高频共振特征和故障分析方法可作为同类型的故障诊断提供参考。

关键词：发电机 共振 6倍频；

Analysis and study on six times Frequency Vibration of Generator Shell

0引言

现阶段的故障诊断过程中，往往因为条件限制无法对振动特征信息尤其频谱信息进行有效的采集而忽视这一特征信息。从而使用常规的故障加固或动平衡处理等方法进行处理[1,2]。在故障诊断学中，任何一种诊断信息都是模糊的，单用一方面信息来反应其状态行为都是不完整的，要结合多方面信息融合来提高诊断的准确性。本文对某厂发电机振动大现象进行故障诊断，结合频谱分析、运行参数以及现场试验等综合特征提取，对发电机壳体高倍频振动进行了有效的诊断分析，提出相应的处理建议。

1机组概况

某垃圾电厂发电机型号QF2W-12-2B，额定功率12MW，额定电流776.3A，额定电压10500V，发电机生产厂家东方电气集团东风电机有限公司。

机组出厂设置的振动测点布置在1-4号轴承垂直方向的bently9200速度传感器，查看历史数据，机组在正常运行过程中各轴承振动均未超过50μm报警值。

2振动测试与分析

该发电机正常运行过程中，就地对发电机壳体进行振动测试。测试发现电机壳体振动超过了70μm，额定负荷下发电机轴承两端轴瓦振动小于30μm，而壳体振动超过了70μm，超过振动标准的50μm合格范围。针对这一情况，我们就地对发电机壳体展开振动测试。采集过程中，从采集系统频谱可以看出，工频振动不到15μm，振动主要以300Hz的6倍工频为主，汽端试验测点6倍频在38.78μm，励端试验测点6倍频在37.34μm。其余倍频均无峰值。

针对发电机壳体6倍频振动大情况，单一的振动数值已无法准确判断故障类型。针对高频振动特征，决定进一步对壳体进行振动测试和静频试验。

图1 试验测点振动频谱图

2.1静频测试

针对壳体产生的高倍频振动，首先要确定高倍频的振动激励源。在振动诊断学中，高倍频产生的原因之一是结构的固有频率共振产生。为了确定壳体本身的固有频率，现场对壳体进行静频测试。采用朗斯LC13B系列ICP力锤锤击法进行，分别对励端和汽端进行测试，敲击的频谱如图2所示。

图2 发电机壳体静频测试频谱图

从敲击频谱可以看出，敲击共得出壳体的3阶次固有频率，其中励端测点与汽端测点频谱图中均含有300Hz频率成分。试验结果表明，发电机壳体的固有频率含有300Hz的频率，该频率为工频50Hz的整数倍频，有发生结构共振的可能，共振发生位置在发电机壳体上，频率为工作转速3000rpm附近，这会造成共振现象会在机组运行期间一直存在，这对发电机本体以及发电机底部地脚螺栓紧度造成很大的影响，长期运行会造成发电机支撑刚度变差和壳体结构的损坏，严重影响了机组的安全运行。

2.2超速试验

为了进一步佐证共振现象，根据测频试验测试出的频率，对发电机进行超速试验，观察在脱离50Hz后的振动幅值和频谱，机组挂闸启动至3050rpm升速Bode图如图3所示。

图3 发电机壳体Bode图

由升速Bode图可以看出，2950rpm出现共振峰值，汽端峰值最高达80.1μm，超速至3050rpm振动降至22.9μm，峰值消失。频谱显示，2950rpm振动以6倍频300Hz为主，2950rpm下汽端6倍频振幅达51.9μm，升速至3050rpm频谱图中6倍频幅值降至6.38μm，振幅明显降低。

根据转子动力学理论，转子过临界时相位角会有90度左右变化且幅值出现峰值[3]，本次做升速试验中的峰值并无相位变化特征，可排除转子过临界导致。因此将3000rpm转速提高到3050rpm产生的峰值即为结构共振峰值，表明了共振区间落在2950rpm至3015rpm左右，越过共振区间升速到3050rpm振动会明显降低，从而产生共振峰现象。

3.总结

本次现场处理进行的静频试验与超速试验，分别从固有频率的频谱成分和升降速共振区间两个结构共振特性角度证明了发电机壳体产生高倍频振动的原因是结构共振导致，而并非是常规出现的不平衡导致壳体振动大，避免了盲目采用动平衡处理来降低振动的错误方法，该现场处理方法可作为同类型高频振动故障诊断提供参考。

参考文献

[1]蔡文方,应光耀,吴文健,李卫军.9FA联合循环机组汽轮机传感器支架共振故障的分析与处理[J].浙江电力,2015,34(07):41-45.

[2]田科技,孙首群,栾本言,曲兆晖.汽轮发电机定子绕组端部振动模态分析[J].噪声与振动控制, 2014 ,34(06):33-36.

[3]万书亭,姚肖方,李明,朱建斌.汽轮发电机定子绕组端部振动特性分析[J].华东电力, 2012, 40 (09): 1623 -1627.

作者简介：李敬豪，男，1992年4月，汉，安徽省淮南市，硕士，中级工程师，研究方向：故障诊断。