從振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理上來看，不外乎激振力與支撐力剛度兩種因素。機(jī)組振動(dòng)的熱態(tài)變化意味著機(jī)組在熱態(tài)情況下要么激勵(lì)力變化，要么支撐動(dòng)剛度在受熱時(shí)有異常產(chǎn)生，或者兩種因素同時(shí)存在。以往的現(xiàn)場(chǎng)故障處理中，往往只注重激振力的變化這一因素，而忽視了考察機(jī)組軸的支撐動(dòng)剛度在熱態(tài)帶負(fù)荷過程中的變化這一因素。由于剛度的變化，使得振動(dòng)響應(yīng)也發(fā)生了明顯的變化。在傳統(tǒng)的高速動(dòng)平衡試驗(yàn)研究中，是基于剛度定常這一假設(shè)，因而振幅的大小代表了激振力的大小。但在剛度變化時(shí)，激振力就不能用振幅來唯一度量了，因而在高速動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)加重量的確定就應(yīng)該同時(shí)綜合激振力與剛度變化的雙重因素才能取得比較滿意的結(jié)果。基于此，變剛度條件下振動(dòng)響應(yīng)的試驗(yàn)與理論研究是十分有意義的。

表1 不同負(fù)荷工況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)  單位：μm

圖2 2號(hào)、3號(hào)瓦水平振動(dòng)隨負(fù)荷變化的時(shí)間趨勢(shì)圖

• 機(jī)組軸承冷態(tài)情況下過臨界時(shí)振動(dòng)狀況良好，垂直方向與水平方向過臨界時(shí)振動(dòng)均不超過35μm 。

  
  

• 機(jī)組空轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)也不大，除3號(hào)瓦水平存在波動(dòng)現(xiàn)象，在20μm～30μm之間波動(dòng)，其它各瓦振動(dòng)均在20μm以下。

  
  

• 振動(dòng)的變化發(fā)生在加負(fù)荷過程當(dāng)中，隨著負(fù)荷增加，振動(dòng)逐漸增大。其中3號(hào)瓦變化最大，垂直方向振動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，從冷態(tài)時(shí)20μm爬升至31μm，水平方向變化劇烈，從28μm爬升至92μm。從圖2可知，各方向振動(dòng)變化基本保持同步，只是幅值上有所差別。

  
  

• 觀察振動(dòng)隨負(fù)荷變化的時(shí)間相關(guān)性，無特別明顯的規(guī)律。有時(shí)改變負(fù)荷振動(dòng)立即增大，有時(shí)表現(xiàn)為一定的時(shí)滯。振動(dòng)爬升后，穩(wěn)定在一個(gè)較高的數(shù)值，如負(fù)荷下降，振動(dòng)有好轉(zhuǎn)，但也不能復(fù)原。

  
  

• 振動(dòng)受主汽溫度、壓力影響較大。在某一負(fù)荷時(shí)，使負(fù)荷穩(wěn)定，調(diào)節(jié)氣溫氣壓，振動(dòng)變化較為劇烈。

  
  

• 振動(dòng)與勵(lì)磁電流無明顯關(guān)系。

  
  

• 調(diào)整機(jī)組的潤(rùn)滑油壓，在0.09MPa～0.12MPa的范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油壓大小對(duì)振動(dòng)沒有明顯的影響。

  
  

• 投入調(diào)整抽汽，對(duì)振動(dòng)影響很大，而且無時(shí)滯。

  
  

• 從機(jī)組的頻譜特征分析，不論在空轉(zhuǎn)時(shí)或是在振動(dòng)最大時(shí)，振動(dòng)的主要分量均以工頻成分為主，其它頻率成分所占比例較小。

2. 隨著負(fù)荷增加，機(jī)組各瓦振動(dòng)呈現(xiàn)爬升趨勢(shì)，說明在轉(zhuǎn)子受熱后轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)發(fā)生了變化。從振動(dòng)的軸向分布來看，發(fā)電機(jī)前瓦的振動(dòng)變化比汽輪機(jī)后瓦的振動(dòng)變化要?jiǎng)×?，因而熱態(tài)不平衡的產(chǎn)生應(yīng)來自于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱態(tài)不平衡的具體原因可能有：轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力過大，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均，轉(zhuǎn)軸徑向存在不對(duì)稱溫差等。由于電機(jī)測(cè)試條件及試驗(yàn)條件的限制，要具體分清確定的原因是困難的。

3. 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在輕微熱彎曲是導(dǎo)致2、3號(hào)瓦振動(dòng)爬升的直接原因，但在同樣的激振力條件下，垂直與水平方向的振動(dòng)卻表現(xiàn)出如此懸殊的差異。這就說明：該型機(jī)組2號(hào)瓦、3號(hào)瓦的垂直與水平方向的剛度存在著較大差異。

從機(jī)組結(jié)構(gòu)分析，2號(hào)、3號(hào)軸承共一個(gè)軸承箱，座落在排汽缸上，而排汽缸則由左右貓爪掛在一個(gè)垂直支撐柱上。兩個(gè)支撐柱呈板狀，僅分別由前后兩個(gè)地腳螺栓固定。因而，機(jī)組在與軸線垂直的水平方向剛度是十分薄弱的。表2是該型機(jī)組實(shí)際測(cè)試的一組影響系數(shù)。

表2 該型機(jī)組反對(duì)稱實(shí)測(cè)影響系數(shù)　單位：μm/kg

從表2可見，以3號(hào)瓦而論，垂直與水平方向的影響系數(shù)差別達(dá)到3倍至4倍。這就說明該兩個(gè)方向的剛度也存在相當(dāng)大的差別，這就是為什么在同樣的激振力條件下，垂直方向的振動(dòng)爬升較慢，而水平方向的振動(dòng)爬升卻很劇烈的原因。

4. 冷熱態(tài)情況下軸承水平方向的剛度具有非定常性。從表2可知，以某廠1號(hào)機(jī)為例，空負(fù)荷與滿負(fù)荷下的影響系數(shù)在不同的方向也表現(xiàn)出不同的特性，垂直方向影響系數(shù)幾乎不變，而水平方向影響系數(shù)則相差一倍左右。這同樣提示著在熱態(tài)情況下軸承的水平剛度發(fā)生了較大的變化。圖3是不同負(fù)荷情況下的影響系數(shù)曲線。根據(jù)在同型號(hào)多臺(tái)機(jī)組上的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)來看，存在著某一個(gè)臨界負(fù)荷，超過該臨界負(fù)荷后影響系數(shù)緩慢發(fā)生變化，而在臨界負(fù)荷之下則振動(dòng)無明顯的變化趨勢(shì)。當(dāng)然超過臨界負(fù)荷后的曲線斜率不一定保持常數(shù)，也不一定在最大負(fù)荷時(shí)達(dá)到最大值，而是與初始不平衡量、熱態(tài)不平衡量及其二者之間的夾角等有關(guān)。

圖3 不同負(fù)荷情況下的影響系數(shù)曲線

解決此類問題的兩種方案，一種是加強(qiáng)水平剛度，一種是把不平衡量降至最低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，要加強(qiáng)水平方向的剛度困難很大，而且實(shí)際解決起來也存在著工藝上的困難。因而，采取高速動(dòng)平衡方法來把軸承上殘余的不平衡量減至最小。

在做高速動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，主要考慮了兩個(gè)主要因素：

• 應(yīng)對(duì)熱態(tài)情況下產(chǎn)生的不平衡量進(jìn)行補(bǔ)償。由于冷態(tài)下振動(dòng)不大，因而以熱態(tài)下的最大振動(dòng)作為平衡目標(biāo)。

  
  

• 應(yīng)考慮由于剛度在不同負(fù)荷情況下的變化而導(dǎo)致的影響系數(shù)的變化。如果按照熱態(tài)下的影響系數(shù)進(jìn)行平衡，那么計(jì)算出的加重量是偏大的。綜合原始振動(dòng)、熱態(tài)振動(dòng)及不同負(fù)荷工況下振動(dòng)的變化情況，一般在試驗(yàn)中加重量取為計(jì)算加重量的60％～70％為好。

綜合各方面因素后，在發(fā)電機(jī)前風(fēng)扇平衡槽190°處加重300g，只經(jīng)一次加重，就將各瓦振動(dòng)全部降至合格值以下，滿負(fù)荷下振動(dòng)穩(wěn)定在30μm左右，如表3所列。

表3 各工況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)  單位：μm

從比較冷熱狀況下的影響系數(shù)入手，認(rèn)為該型機(jī)組水平方向剛度較差是造成振動(dòng)故障的主要原因，而熱態(tài)帶負(fù)荷工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了輕微的熱彎曲從而使3號(hào)瓦處不平衡激振力發(fā)生變化是故障的直接誘因。解決此類故障最有效的手段是調(diào)整平衡，但是考慮到不同負(fù)荷情況下的激振力變化所導(dǎo)致的影響系數(shù)變化，因而在加重量的計(jì)算當(dāng)中應(yīng)加以適當(dāng)?shù)臏p小，一般以計(jì)算加重量的60％～70％為好。雖然說熱態(tài)平衡可以使振動(dòng)好轉(zhuǎn)，但由于剛度較差因而水平方向的振動(dòng)響應(yīng)是很大的，平衡力的微小變化也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)生較明顯的變化。因而，如果水平剛度過小的故障根源得不到徹底解決的話，平衡的調(diào)整工作將會(huì)頻繁。

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及案例