结构共振的典型案例分享

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01、XX电厂9号机组
该机组是东方D029机组 (200MW)。图1是启动过程的5、6号轴承的振动特性。在转速2500r/min之前振动都很低；2500r/min之后振动上升；而在2800r/min之后上升的速率加快；峰值出现在3000r/min附近；当转速超过3000r/min之后，振动又呈现下降趋势。

很明显，转速3000r/min时存在共振，但引起共振的原因还需要进一步分析。

图1 XX电厂9号机组5、6号轴承振动特性

5、6号轴承是低压转子的支持轴承，低压转子的一阶临界转速为1650r/min。据此推算二阶临界转速在4000r/min以上。因此，这个共振点不是低压转子的临界转速。5、6号轴承箱焊接在低压缸的凹窝内，低压缸的固有频率接近50Hz，这就是共振的原因。

当转子的支撑部件存在共振时，一个显著的特征是轴承座振动大而转子的振动不大。表1是该机组5、6号轴承座振与轴振的比较，可以看出座振远远超过轴振。

表1 XX电厂9号机组5、6号轴承座振与轴振的比较

02、XX2号机组
该机组为GE350MW机组，低压转子的临界转速是1800r/min。图2是启动过程中4号轴承（低压后轴承）的振动特性。在2700r/min之后，座振迅速上升，最大振动在3021r/min，此后回落。

图2 XX电厂2号机组启动过程中4号轴承的振动特性

振动的原因与XX电厂9号机组D29一样，即低压缸存在共振。D29机组和GE350MW机组普遍存在低压缸的振动问题，其原因就是缸体的共振。有的电厂对D29的低压缸进行了加固，但效果不明显，甚至又引起了缸体的变形。

为了消除振动，对这类机组采用平衡的方法，平衡后机组都能够安全运行一个时期。但是由于机组的不平衡灵敏度高（是同类转子的5倍左右），平衡状态稍有变化振动就增大，使得这类机组进行平衡次数较多。

03、XX电厂1号机组
该机组为国产125MW机组。其现象为发电机出线室及空气冷却器室所在的5m平台振动剧烈，达到310μm，引起励磁机灭磁电阻烧红，压力表管断裂。

从转速特性看，在2757r/min之前平台振动低于30μm，到3000r/min超过300μm。站在平台上脚底感到麻木，很明显平台存在共振。

经检查，平台的一根混凝土主梁存在很多横向裂纹。振动最大的部位就在该梁的跨中。共振的原因是裂纹使梁的固有频率降低，落入50Hz区域。

处理措施：

  · 加钢支撑。用一根钢管从0m平台顶在梁的跨中，并用千斤顶加力。处理后平台振动降低到58μm。

  · 发电机平衡。平衡后发电机轴承的振动改善，平台的振动也降低到22μm。

04、XX电厂2号机组
该机组为阿尔斯通300MW机组，7、8号为发电机轴承。采用卧式冷却器，布置在发电机外壳的顶部。

发电机外壳振动特别剧烈，振幅达到1mm (1000μm) 左右，但是轴振并不大。测量（平衡后测量）启动过程的振动，2700r/min之前外壳振动低于50μm，2900r/min为120μm，3000r/min达到380μm。很明显外壳存在共振。

处理措施：首先在发电机外伸端平衡，平衡后外壳振动明显改善，但仍不理想。从结构上检查发现两个问题：

  · 发电机冷却水管的支架（固定在发电机外壳上）松动；

  · 冷却器的连接螺栓松动。这种松动可以导致：外壳刚度降低；外壳的固有频率落入共振区。将松动部件紧固后振动消除（表2）。

表2 XX电厂2号机组振动（基频，μm）

05、XX电站2号机组
该机组为GEC980MW机组。图3是启动过程中9号轴承（发电机前轴承）水平方向2X振动，2750r/min时2X最大。据此推算，9号轴承箱的水平方向的固有频率约为92Hz。由于存在共振，这台机组在运行过程中，9号轴承水平方向的2X振动在25~30μm左右。与此结构相同的其他几台机组，存在同样的问题。

此种振动属设计制造原因，在现场无法处理。

图3 启动过程中9号轴承水平方向2X振动

06、XX铝厂4号机组
该机组在进行发电机空载特性试验时，汽轮机前箱有强烈振感，振动的主要频率是100Hz。振动与发电机定子电压的关系见表3。

表3 振动与发电机定子电压的关系

从表3中看出，倍频振动 (100Hz) 随着电压的升高而增大，大体与电压的平方成正比。

测量前箱的固有频率的测量方法是：维持空载电压不变 (4000V) 而逐渐升速，测量前箱和油动机的2X振动。这种方法实际就是在激振力大小不变的条件下测量振动与激振力频率的关系。激振力频率=转速×2。测量结果见图4。

图4 频率响应特性

从图4中看出，前箱的固有频率为99Hz，与激振力的频率 (100Hz) 十分接近。

综上所述，前箱振动的原因是：

  · 激振力是发电机的电磁力，振源在定子铁心；

  · 汽轮机前箱的固有频率接近100Hz，与电磁力发生共振。

由于振动问题是在空载试验的条件下出现的，机组并没有带负荷，分析认为并网后振动很可能降低。理由是：

  · 定子铁心是由矽钢片叠装组成的，随着铁心温度的升高，矽钢片受热膨胀后能够紧紧挤压在一起；

  · 矽钢片由20根鸠尾筋连为一体，电磁力矩会使矽钢片紧压在鸠尾筋上。

由于这两方面的原因，并网后定子铁心的刚度会随负荷而增加，铁心的振动会降低，传递到汽轮机前箱的振动也会降低。因此决定并网。并网时前箱的2X振动为50μm，随着负荷升高而逐渐降低，50%额定负荷后降低到25μm。

来源：因联智慧诊断微信公众号（ID：gh_7bfa6a26e890）