张世海;晋风华;龚晨;李录平
【摘 要】This paper researched on domestic 600MW turbine generator.By field testing,the dynamic changes of elevation of each bearing equatorial plane was obtained,and factors that affect each beating dynamic elevation change were found.The research shows that changes of the parameters of the unit have a great impact on each bearing.During unit rotation and acceleration process,bearing elevation changes mainly depend on the change of temperature of the bearing itself.The results provide a reference of rational allocation of dynamic load of bearings and ensure the safe operation of the unit.%本文以国产600MW汽轮发电机组为研究对象,采用现场测试的方法获得各轴承座中分面处标高的动态变化规律,到影响各轴承座标高动态标高变化的因素.研究表明:机组状态参数的变化对各轴承的标高有较大影响.机组冲转、升速过程中,轴承标高变化主要取决于轴承座本身的温度变化.本文的研究结果,对合理分配轴承的动态载荷,确保机组安全运行提供了参考依据.
【期刊名称】《大电机技术》
【年(卷),期】2017(000)005
【总页数】5页(P47-51)
【关键词】汽轮发电机组;轴承;动态标高;试验
【作 者】张世海;晋风华;龚晨;李录平
【作者单位】贵州电力试验研究院 贵阳550002;长沙理工大学,长沙410076;长沙理工大学,长沙410076;长沙理工大学,长沙410076
【正文语种】中 文
【中图分类】TM311
大功率汽轮发电机组的转子由多个滑动轴承支撑。为确定各个轴承的载荷分布，安装时要求各轴承的垂直方向的高度不同，即存在静态标高。标高变化是现场实际运行中引起系统不稳定的主要因素之一。对于滑动轴承支承的多跨转子系统而言，由于外界条件变化等因素会导致多跨转子支承轴承的标高抬起或下沉，影响系统的对中状态，系统产生附加应力和附加弯
矩，会引起异常振动。而且轴承的载荷将会重新分配，使载荷分配偏离设计要求，进而影响油膜力的动力特性，容易产生油膜失稳[1-5]。
汽轮发电机组中各轴承的静态标高及载荷分布计算方法已经较成熟，但机组运行中由于受种种因素的影响，使轴系中各轴承标高发生变化，如：坐落在排汽缸上的轴承受真空和排汽温度影响较大[6]；发电机端盖式轴承受氢温、氢压影响；高中压转子两端轴承受汽缸散热、轴封漏汽等影响。此外，轴承标高还与瓦温、回油温度及周围环境温度等有关[2, 5, 7]。
对于刚性对轮连接的轴系，各轴承标高变化可直接影响到轴承间的负载分配。负载分配不均时会导致部分轴承的载荷异常升高，从而出现瓦温升高、轴瓦磨损、碎裂，引起异常振动；同时，载荷减小的轴承会使轴承油膜不稳，低频振动增大，诱发油膜振荡等，严重者还会使轴系临界转速发生变化，振型变化，引发其他振动问题。近几年来，特别是300MW、600MW、1000MW机组陆续投运以来，因轴系标高设置、调整不当，轴承动态标高变化规律没有探明等原因，产生了一系列的振动问题和轴瓦故障等问题[5, 8, 9, 10]。
在研究轴承动态标高变化规律之前，需要分析机组的轴系以及其支撑系统的结构特点。下面分别以哈尔滨电气集团公司（以下简称哈电）和东方电气集团公司（以下简称东电）生产的
600MW汽轮发电机组为例分析机组的轴系结构特点以及支撑系统的结构特点。
哈电生产的600MW机组轴系由3根转子加1个中间轴组成，如图1所示。高中压转子跨距6100mm，低压转子跨距5740mm；高中压转子和1号低压转子之间装有刚性的法兰联轴器，低压转子之间通过中间轴连接；2号低压转子和发电机转子通过联轴器刚性联接。汽轮机共有六个支持轴承和一个推力轴承。机组的1号、2号轴承为落地式轴承，3～6号轴承坐落在低压缸上，7号、8号轴承为端盖式轴承，9号轴承为落地式轴承。
东电600MW超临界机组设有两个双分流对称结构的低压缸，低压外缸全部由钢板焊接而成。低压缸四周有增加刚性的框架式撑脚，撑脚坐落在基架上，起到承担缸重量和使基础均匀受力的作用。低压外缸还包括两端的轴承座，1号低压缸前端的轴承座内放置它本身的支持轴承和高中压缸后轴承。
东电600MW汽轮机组轴系由高中压转子、低压转子（Ⅰ）、低压转子（Ⅱ）和发电机转子组成，轴系末端接励磁滑环短轴，各转子之间由刚性对轮连接，轴系结构如图2所示。
东电600MW汽轮发电机组轴系中除1号、2号轴承采用可倾瓦式轴承，其余轴承均采用椭圆
形轴承。1号、2号可倾瓦位于高中压缸前后的轴承箱内，3～6号椭圆瓦坐落在低压排汽缸上，7号、8号椭圆瓦支撑在发电机端盖上，励磁机滑环短轴与发电机连接，另一端用9号稳定轴承支持。
现场测试系统如图3所示，在各个汽缸以及发电机的两端都安装了标高测试装置。每个轴承在安装电涡流位移传感器时都用到了一个特殊的支架，该支架由横杆与竖杆组成，连接在横杆靠近轴承的部位。安装在支架上的电涡流传感器会因与轴承座间隙变化产生电压信号。传感器信号经信号电缆传输至数据采集系统，再进入信号分析系统，接着由计算机进行采样和计算，输出轴承标高的动态变化值。
如图4所示，实验系统中的支架起到保持传感器探头的地面高度不变的作用，因而十分重要。由于机组的轴承座与基础为垂直关系，所以必须保证竖杆与地面保持垂直，与横杆保持垂直，且本身具有很好的稳定性。
综上考虑，标高测试系统中所用到的传感器安装支架是依据国家发明专利“旋转机械动态标高测量装置”（ZL2004 1 0022949.8）改进而成的。经过实验室和现场试验检验，该装置具有较高的稳定性与可靠性，能够满足现场动态标高测量试验的测试要求。该装置选用热膨胀系
数远小于轴承材料热膨胀系数的石英玻璃作为标高测量一次元件的支架。作为感应标高变化的涡流传感器，直接固定在用石英玻璃制成的支架上。石英玻璃的线膨胀系数很小，在相同温度变化范围内只有钢的1/25、铝的1/42，这样，由于现场测试温度变化范围不大，石英玻璃支架本身的膨胀或收缩量就可以忽略不计（或稍加补偿）。因此温度变化所引起的热变形的影响就小了。同时，还设计出了石英玻璃管的固定、保护装置，该装置起到固定、保护石英玻璃管的作用，并且不妨碍石英玻璃管在长度方向和横向的热膨胀，从技术上解决了轴承动态标高的测量问题。
电涡流位移传感器系统中，探头线圈由于设置有高频振荡电流流入，因此会产生交变磁场。当被测金属物体与探头之间的距离发生变化时，头部线圈电流会产生相应的相位和幅度的变化（线圈的有效阻抗）。这一变化与金属电导率、线圈形状、几何尺寸等许多参数有关。通过控制使这些参数在一定范围内保持不变，则线圈的阻抗就成为了被测金属体和探头之间的距离的单值函数。由于支架可以起到使得涡流传感器探头与地面距离保持不变的作用，可以通过测量被测表面与传感器探头之间的距离变化来测得轴承的动态标高[2，4]。
标高测试工作从机组全冷态状态（凝汽器充水前）开始，一直持续不间断测量至机组带满负
荷并稳定运行3~5h后结束。在机组起动升速以及暖机、并网带负荷过程中，每间隔一定的时间记录一次各轴承的标高测量值，同步测量轴承的振动，记录下转子的转速，测量并记录各轴承的温度、回油温度，凝汽器真空、蒸汽参数等设备状态参数。
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