GC2000LAH型陆用柴油发电机组轴系轴向窜动的危害及故障原因分析与排除.docVIP

GC2000LAH型柴油发电机组轴系轴向窜动的危害及故障原因分析与排除 陈泽彬，李志军 （广州柴油机厂股份有限公司，广东 广州，510000） 摘要：本文是基于某陶瓷厂的GC2000LAH型柴油发电机组在运行大约400小时左右，机组轴系出现连续性轴向窜动故障现象的基础上，对GC2000LAH型柴油发电机组轴系的轴向窜动故障原因进行分析与故障排除：借助轴系动力学行为表现特性，分析了轴系的轴向窜动对机组的工作性能、可靠性和使用寿命造成的影响；根据现场对轴向窜动原因的分析结果，说明故障排除的方法和步骤，并为柴油发电机组的制造、安装和调试过程，提出了相应的建议和意见。 关键词：GC2000LAH型柴油发电机组；轴系；轴向窜动；故障；排除 1 轴系轴向窜动故障的现象 1.1 GC2000LAH型柴油发电机组简介 广州柴油机厂股份有限公司生产的12V320型柴油机是：V型、四冲程、水冷、直接喷射射、废气涡轮增压、进气中间冷却的中速柴油机，该柴油机作为发电机组的原动机使用。在配套RATO-S3412高弹性联轴器、TF2000-14/1730 10500V发电机后组成GC2000LAH型柴油发电机组供某陶瓷厂发电使用，如图1所示。 1.12V320柴油机 2.RATO-S3412高弹性联轴器 3.TF2000-14/1730 10500V发电机 图1 GC2000LAH型柴油发电机组结构 1.2 故障现象 2010年10月上旬，在GC2000LAH型柴油发电机组运行大约400小时左右时发现：机组在高负荷工况下运行时机组轴系出现连续性轴向窜动现象。经多次试验验证：轴系开始是往发电机方向窜动的，且窜动幅度随加载负荷的升高而增大（机组运行在1200KW负荷以下时，几乎察觉不到轴系轴向窜动现象），最大值约为3～4mm。 我们在不同时间段多次拆开柴油机曲轴箱盖和发电机前端轴承盖，对柴油发电机组各相应间隙值进行测量，轴系间隙示意图见图2，测量结果（见表1）显示： 柴油发电机组轴系分中情况很不理想； 柴油机曲轴止推间隙值较柴油机出厂间隙值增大0.04mm； 并且，在拆开发电机前端轴承端盖后发现，轴瓦端面（靠近柴油机飞轮端）与转子轴轴颈端面有明显挤压现象、转子轴颈端面轻微发黑（见图3）。 L1/L2. 发电机前端轴瓦端面与转子轴轴颈端面的间隙 L3. 柴油机曲轴止推轴承靠自由端间隙 L4. 柴油机曲轴止推轴承总间隙 图2 机组轴系间隙示意图 表1 测量结果 L1/mm L2/mm L3/mm L4/mm 正常 ≈3.0 ≈3.0 1.0 2.0 1 4.73 1.10 1.65 2.02 2 4.10 1.75 1.75 2.04 3 5.03 0.85 1.82 2.04 注：表中L4在拆除高弹调整垫片后测量的。 从现场故障现象看，柴油发电机组轴系的轴向窜动，已造成机组部分零部件的损伤。基于陶瓷厂对用电量的需求，我们提出维持机组在较低负荷下运行直至在故障解决的建议。 经过对故障的进一步分析后，我们认为此次故障是由于机组内部力学不平衡所致。众所周知，柴油发电机组在运转过程中，存在着周期变化的不平衡力和力矩，假如这些力和力矩在机组内部不能相互抵消，就会引起机组振动，振动必将影响到柴油发电机组的工作性能、可靠性和使用寿命。试想倘若轴系的轴向窜动故障持续下去，其结果会是怎样？ 图3 发电机前端轴瓦与轴颈端面挤压摩痕 2 轴系动力学行为与故障危害 对于陆用柴油发电机组来说，轴系的受力情况是极其复杂的。因而，为了明确柴油发电机组轴系的轴向窜动故障所可能诱发的一系列危害，则必须正确了解轴系动力学的行为表现形式，并正确分析引起故障的振动力源。 2.1 轴系动力学行为表现形式及特性 GC2000LAH型陆用柴油发电机组工作过程中轴系受力情况极其复杂的，例如：以曲柄连杆机构作为主要运动机构的柴油机曲轴直接或间接地受到周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力、大小及方向均交替变化的往复惯性力以及滑动轴承动压油膜支撑力，此外，轴系还可能受到高弹性联轴器在径向和轴向上的交变应力以及发电机磁场力的共同作用。 无论机组轴系中受到何种作用力，其在动力学行为上均表现为：扭转振动、弯曲振动（又称回转振动或横向振动）、纵向振动以及三种振动形式的耦合。从理论上讲，柴油发电机组轴系的振动，都是耦合振动，一种振动往往诱发其它一种甚至几种振动的发生，加之曲轴属于典型的非对称结构，具有各向异性及各向耦合的特点。因此，轴系所出现的轴向窜动不仅能激起纵向振动，而且也可以激起扭转振动、弯曲振动及三者的耦合振动。 由此可见，柴油发电机组运行过程中的内部力学是否平衡，对机组的工作性能、可靠性和使用寿命是极其重要的，因此，柴油发电机组的平衡特性是机器在设计阶段的一个重要课题。正常情况下的柴油发电机