汽輪機組常見振動故障及原因分析.ppt

汽輪發(fā)電機組常見振動故障及原因分析 博士高級工程師 汽輪發(fā)電機組常見振動故障分析 質(zhì)量不平衡引起的故障 1 轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的故障 動靜碰摩引起的故障 轉(zhuǎn)子不對中引起的故障 自激振動引起的故障 支撐松動引起的故障 結(jié)構(gòu)共振引起的故障 軸承座軸向振動引起的故障 轉(zhuǎn)子裂紋引起的故障 汽輪發(fā)電機振動故障 動態(tài)標高變化引起的故障 1 1質(zhì)量不平衡故障概述 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪發(fā)電機組最為常見的故障 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計 在現(xiàn)場發(fā)生的機組振動故障中 有轉(zhuǎn)子不平衡造成的約占80 屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的將達到90 左右 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是指在工程實際中 由于材料的不均勻和設(shè)計 制造及安裝的偏差 轉(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線多少有些偏離 在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中 偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心力是個不平衡力系 傳遞到轉(zhuǎn)子的支撐軸承和基礎(chǔ)上將產(chǎn)生振動 當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時 離心力的大小正比于質(zhì)量與偏心距的乘積 在平衡技術(shù)中將其稱為不平衡量 簡稱不平衡 1 質(zhì)量不平衡引起的故障 1 1 2質(zhì)量不平衡故障機理 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生振動的機理是 轉(zhuǎn)子各橫截面的質(zhì)心連線與各截面的幾何中心連線不重合 從而使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時 各截面的離心力構(gòu)成一個空間連續(xù)力系 轉(zhuǎn)子的撓度曲線為一連續(xù)的三維曲線 如下圖所示 式中 不平衡質(zhì)量 不平衡質(zhì)量偏心距 轉(zhuǎn)動角速度 1 3質(zhì)量不平衡故障診斷 區(qū)分出具體的故障模式 轉(zhuǎn)子不平衡故障頻譜圖 作為嚴密的診斷 汽輪發(fā)電機組的質(zhì)量不平衡應(yīng)該具有以下的特征 1 振動以基頻 1X 為主 同時 出現(xiàn)較小的高次諧波 整個頻譜呈所謂的 樅樹形 2 在轉(zhuǎn)速一定時振幅和相位是穩(wěn)定的3 多次啟動振動有再現(xiàn)性4 可以排除剛度 共振等因素5 振動隨負荷變化不明顯6 軸心運動軌跡為圓形或橢圓形 轉(zhuǎn)子軸心軌跡 5號瓦y方向的振動趨勢圖 2 1轉(zhuǎn)子熱彎曲故障概述 轉(zhuǎn)子受熱后出現(xiàn)的彎曲變形稱為熱彎曲 熱彎曲將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的變化 因此熱彎曲又稱為熱不平衡 轉(zhuǎn)子熱不平衡是指轉(zhuǎn)子受熱后 如機組帶有功負荷或發(fā)電機轉(zhuǎn)子加勵磁電流后 產(chǎn)生附加的不平衡力而出現(xiàn)振動改變的現(xiàn)象 熱彎曲是一種機組較為常見的振動故障 引起熱彎曲的原因也是多種多樣 針對整個汽輪發(fā)電機組而言 可分為兩部分來研究熱彎曲故障 包括汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲和發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲 2 轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的故障 汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫和高壓的蒸汽介質(zhì)中工作 發(fā)電機轉(zhuǎn)子在投入勵磁電流后也會被加熱 一般來說 轉(zhuǎn)子溫度的均勻增加只會引起長度的增加 而不會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲 之所以發(fā)生彎曲 是由于轉(zhuǎn)子截面存在著某種不對稱的因素 包括溫度不對稱 受力不對稱 材質(zhì)不對稱等 左下圖轉(zhuǎn)子上下表面溫度不等 右下圖中由于摩擦效應(yīng)在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的軸向力F 2 2轉(zhuǎn)子熱彎曲的故障特征 汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲的故障特征 1 特征頻率為1X 2 振幅不會發(fā)生跳躍式的變化 振動的相位不穩(wěn)定 3 振動隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系明顯 4 振動隨負荷的變化關(guān)系明顯 5 停機過程的振動會明顯高于啟動過程 發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲故障特征 1 振動與勵磁電流有密切關(guān)系 2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)不均勻引起熱彎曲時 冷卻介質(zhì)入口溫度越低 則振動越大 入口溫度越高 則振動越小 3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的熱彎曲大多是暫態(tài)彎曲 4 因摩擦效應(yīng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不均勻軸向力引起的熱彎曲 振動的增大具有一定的突發(fā)性 5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲分為可逆和不可逆兩者情況 2 3熱彎曲故障原因 汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲原因 1 轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力過大 轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均 2 汽輪機葉輪的輪轂之間或軸上其他套裝零件與軸凸臺之間軸向間隙不足或不均勻 3 轉(zhuǎn)軸存在徑向不對稱溫差 4 轉(zhuǎn)子與水或冷蒸汽接觸 5 動靜摩擦 1 2 4熱彎曲故障解決措施 1 如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子的振動與冷卻介質(zhì)的溫度有關(guān) 這時需要進行轉(zhuǎn)子通風(fēng)試驗和流量試驗 來確定局部堵塞部位 然后進行反沖洗 疏通冷卻通道 2 當(dāng)懷疑發(fā)生繞組局部短路或匝間短路時 需要進行一些電氣試驗查找短路部位 如氣隙探測繞組實驗 發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲故障解決措施 3 1動靜碰摩故障概述 3 動靜碰摩引起的故障 按碰摩方向分類 按轉(zhuǎn)子摩擦的接觸面情況 徑向碰摩 徑向碰摩 軸向碰摩 按碰摩的位置 徑向碰摩 全周碰摩 部分碰摩 轉(zhuǎn)動部分的摩擦部位在非轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動部件 轉(zhuǎn)動部分的摩擦直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身 1 3 2動靜接觸的原因 1 汽缸跑偏或基礎(chǔ)不均勻沉陷 2 蒸汽溫度的變化 如果蒸汽溫度的變化過于劇烈 將引起靜止部件的變形 3 汽缸進水和保溫不良 4 排汽缸的快速加熱和冷卻 5 汽封損壞 6 暖機不充分 在轉(zhuǎn)子存在較大晃度的情況下開機 7 劇烈振動 3 3機組動靜碰摩的故障征兆 測點布置 1 鍵相 2 機組X Y向軸振 3 機組垂直方向瓦振 4 軸向位移 5 脹差 6 真空度 7 負荷 8 汽缸溫度 9 凝汽器水位 監(jiān)測方法在啟動中轉(zhuǎn)軸碰摩危害最大的是高 中亞轉(zhuǎn)子 平時不論1 2 3號瓦軸振是否較大 在啟動中必須重點監(jiān)測這些軸瓦的軸振或瓦振 使用振動表或振動儀應(yīng)連續(xù)觀察1 2min振幅 不測相位也可以 與時間的關(guān)系 才能捕捉到轉(zhuǎn)軸碰摩振動特征 因此診斷轉(zhuǎn)軸碰摩最為有效的振動監(jiān)測方式是連續(xù)監(jiān)測 1 3 3機組動靜碰摩監(jiān)測 1 3 4碰摩故障解決措施 當(dāng)出現(xiàn)動靜碰摩時 現(xiàn)場采取的一個有效措施就是在控制軸振動 保證機組運行安全的前提下進行 磨合 在啟動過程中 機組發(fā)生動靜摩擦?xí)r不能強行升速 否則容易造成大軸永久彎曲 如果轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速一下 應(yīng)該立即打閘停機 盤車一段時間正常后再啟動 如果在臨界轉(zhuǎn)速以上 則在振動可以控制的轉(zhuǎn)速上多停留一段時間 磨合出一定的間隙后再升速 如果摩擦發(fā)生在帶負荷階段 只要控制振動在一定的變化范圍 可以觀察運行一段時間 以磨合出適當(dāng)?shù)拈g隙 如果振動不斷增加 應(yīng)該降低負荷或打閘停機 以免危害機組安全 自激振動是由于系統(tǒng)自身的運動誘發(fā)的振動 其機理和特點與強迫振動有本質(zhì)不同 汽輪發(fā)電機組自激振動包括軸承自激振動和汽流激振 前者由軸承的油膜力引起 后者由蒸汽力引起 4 自激振動故障 4 1自激振動 振動系統(tǒng)由于自身運動引發(fā)的振動稱為自激振動 當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)力大于阻尼力時 振動發(fā)散 稱為振動系統(tǒng)失穩(wěn) 實際系統(tǒng)自激振動的振幅不會無限增大 其正阻尼和負阻尼都與振幅有關(guān) 在振幅增大過程中 正阻尼增大 負阻尼減小 當(dāng)振幅達到一定值時 正負阻尼相等 此時振幅停止增長 單輪盤轉(zhuǎn)子的力系 對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)而言 轉(zhuǎn)子離心力與彈性恢復(fù)力在連線上 阻尼力與失穩(wěn)力與垂直 兩者方向相反 如果失穩(wěn)力大于阻尼力 則系統(tǒng)失穩(wěn) 軸瓦自激振動是現(xiàn)場較常見的一種自激振動 它常常發(fā)生在機組啟動升速過程中 特別是在超速時 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升到某一值時 轉(zhuǎn)子突然發(fā)生渦動使軸瓦振動增大 而且很快波及軸系各個軸瓦 使軸瓦失去穩(wěn)定性 這個轉(zhuǎn)速為失穩(wěn)轉(zhuǎn)速 4 2軸承自激振動 汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子支承在滑動軸承上 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時軸頸與軸瓦之間形成一層很薄的油膜 這層油膜避免了軸頸與軸瓦的直接接觸 潤滑油帶走軸承中摩擦產(chǎn)生的熱量 保證工作溫度正常 4 2 1軸瓦自激振動機理 4 2 1 1軸瓦自激振動分類 半速渦動是指轉(zhuǎn)子軸頸在作高速運轉(zhuǎn)的同時 還圍繞軸頸某一平衡中心作公轉(zhuǎn)運動 如果轉(zhuǎn)子軸頸主要是由于油膜力的激勵作用引起的渦動 則軸頸的渦動速度接近軸頸轉(zhuǎn)速的一半 故稱半速渦動 這種振動的振幅始終不大 而且在機組加速過程中 永遠不會與轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生共振 因此對機組安全一般不會造成嚴重威脅 一 半速渦動 二 油膜振蕩 當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速兩倍的附近時 渦動頻率與轉(zhuǎn)子的第一臨界回轉(zhuǎn)頻率重合 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)會發(fā)生激烈共振 這種渦動就是變?yōu)橛湍ふ袷?其特點是來勢很猛 瞬時振幅突然升高 很快就會發(fā)生局部油膜破裂 引起軸頸與軸瓦之間的劇烈摩擦 結(jié)果會嚴重損壞軸承和轉(zhuǎn)子 4 2 1 2軸瓦自激振動的原因 軸頸擾動過大 不是指轉(zhuǎn)子暫態(tài)瞬間產(chǎn)生的擾動 而是指穩(wěn)定的擾動 進一步說是指軸頸與軸瓦之間的相對振動 簡稱轉(zhuǎn)軸振動 一 軸頸擾動過大 二 轉(zhuǎn)子熱彎曲與轉(zhuǎn)子永久彎曲 運行的機組中 產(chǎn)生熱彎曲是一種較為常見的振動故障 如果軸瓦突然發(fā)生自激振動 而且與機組的有功負荷有著一定得對應(yīng)關(guān)系 例如有功負荷增加越快 振動越劇烈 這種現(xiàn)象大部分是由于轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲所致 三 軸承座剛度過大 增大軸承座的動剛度雖然能單純減少軸瓦的振動 但是這會引起轉(zhuǎn)軸相對振動的增大 對軸瓦穩(wěn)定運行不利 當(dāng)汽輪發(fā)電機組上發(fā)生的低頻振動的頻率接近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率的一半時 在絕大多數(shù)情況下 如不是蒸汽激振 就是油膜失穩(wěn) 由于蒸汽激振一般發(fā)生在汽輪機高壓轉(zhuǎn)子的軸承上 并且對負荷或壓力敏感 振動的重復(fù)性好 較易于判斷 油膜振蕩的頻率與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速相近 而且一旦發(fā)生 不論轉(zhuǎn)速升至多高 振蕩的頻率將始終保持為轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速的頻率 所以易于診斷 1 振幅在瞬間突然增大 2 振動達到高位后仍不穩(wěn)定 3 頻率 4 振動的突發(fā)性 5 與負荷無關(guān) 6 異音 7 低頻分量問題 4 2 2軸承自激振動的診斷 4 2 2 1自激振動的特征 分諧波共振 軸瓦自激振動 汽流激振的特性區(qū)分 現(xiàn)場經(jīng)常采用以下措施消除軸瓦的自激振動 1 提高油溫 2 調(diào)整中心 3 調(diào)整軸承頂隙 4 增加軸承比壓 5 消除軸瓦的缺陷 6 調(diào)整平衡 7 軸承類型對穩(wěn)定性的影響 4 2 3處理措施 描述軸承動態(tài)特性的一個綜合指標是承載系數(shù) 又稱為索馬費爾德數(shù) 可以看出S越大 軸承的穩(wěn)定性越高 承載系數(shù)取決于比壓 間隙比 潤滑油黏度和軸頸轉(zhuǎn)速這幾個參數(shù) 比壓和間隙比越大 潤滑油黏度越小 則越大 軸承的穩(wěn)定性越高 4 3汽流激振 機組可靠性 機組經(jīng)濟性 汽流激振是由于汽流力引起的自激振動 為了提高機組效率 通常采用提高蒸汽參數(shù)的方法 這就產(chǎn)生了一種可以導(dǎo)致軸承失穩(wěn)的激振力 汽流激振在高參數(shù)汽輪機上尤為突出 特別是高壓轉(zhuǎn)子 1 靜態(tài)力 采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機 蒸汽除了在轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級葉片上產(chǎn)生力偶而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)之外 還有一個作用于轉(zhuǎn)子中心的力 因調(diào)節(jié)閥開啟順序的原因 可能使此力成為抬起轉(zhuǎn)子的恒定力 從而減小轉(zhuǎn)子的比壓 使轉(zhuǎn)子失穩(wěn) 2 動態(tài)力 汽輪機的轉(zhuǎn)動部分與靜止部分之間有一定的間隙 比保證運行時不發(fā)生動靜摩擦 為了減小蒸汽的泄漏 汽輪機都裝有汽封裝置 在蒸汽通過汽封時 每通過一個汽封齒就產(chǎn)生一個次節(jié)流作用 蒸汽的壓力隨之降低 機組經(jīng)濟性 4 3 1汽流激振的機理 作用在轉(zhuǎn)子上的蒸汽激振力可分為靜態(tài)力和動態(tài)力兩類 靜態(tài)力是指恒定的力 而動態(tài)力是交變的 這兩類力都可以引起汽流激振 特性 或影響后果 特征 1 振動頻率為工作轉(zhuǎn)速的一半 即屬于半頻 2 振動與負荷有關(guān) 有良好的再現(xiàn)性 3 低頻振動有個一門檻值 4 與軸承自激振動的區(qū)別 發(fā)生的部位 與負荷的關(guān)系 4 3 2汽流激振的診斷 4 3 2 1汽流激振特征 范圍 或部位 特征 在運行 啟機或停機過程中 某個軸承X Y向振動值明顯增大 高于正常運行振動值和相鄰軸承振動值 則診斷該軸承所支撐的轉(zhuǎn)子段發(fā)生了故障 造成機組激流激振的原因主要有以下幾個方面 1 轉(zhuǎn)子與汽缸同心度偏差大2 動葉與靜葉 噴嘴 之間的軸向間隙過大3 氣門開啟順序不合適4 軸瓦穩(wěn)定性差5 轉(zhuǎn)子不平衡 現(xiàn)場診斷機組汽流激振具體原因和部位步驟如下 1 查看轉(zhuǎn)子是否存在不平衡 如果存在首先消除轉(zhuǎn)子不平衡2 查看調(diào)節(jié)氣門開啟順序 看是否存在單側(cè)進汽的情況3 查找轉(zhuǎn)子中心 檢查轉(zhuǎn)子與汽缸同心度 看是否存在偏差過大的情況4 調(diào)整動葉和靜葉之間的軸向間隙5 查看軸承型式 潤滑油溫度 軸承標高等影響軸瓦穩(wěn)定性的因素 4 3 2 2汽流激振的診斷方法和步驟 1 振動類別和故障性質(zhì)判斷 2 汽流激振原因以及故障部位的診斷 1 增加軸瓦比壓 增加在軸瓦單位垂直投影面積上的軸承載荷 可以提高軸承工作的穩(wěn)定性 在現(xiàn)場應(yīng)用最多的方法是縮短軸瓦長度 降低長徑比 2 減小蒸汽靜態(tài)力 蒸汽向上的靜態(tài)力使軸承比壓降低 可通過改變調(diào)節(jié)閥的開啟順序或開啟重疊度盡量減小這樣的靜態(tài)力 但要通過反復(fù)試驗才能找到最佳的開啟方式 3 減小蒸汽激振力 蒸汽激振力與蒸汽密度和級前后壓差成正比 這是汽流激振發(fā)生在大功率高參數(shù)汽輪機上的原因所在 激振力還與汽封的結(jié)構(gòu) 長度 間隙的大小有關(guān) 且其隨著徑向間隙的增大而減小 隨著軸向間隙的增大而增大 4 3 3處理措施 4 減少軸瓦頂隙與擴大兩側(cè)間隙 這種措施就是增加軸承的橢圓度 提高軸瓦的穩(wěn)定性 它比單純提高軸瓦比壓活減少長徑比等其他措施有效 5 降低潤滑油的粘度 潤滑油的粘度越大 油分子間的凝聚力也越大 軸頸旋轉(zhuǎn)時所帶動的油分子也越多 油膜厚度就越大 穩(wěn)定性也越差 6 增大上瓦的軸襯寬度 增大上瓦的軸襯寬度 以便形成油膜 可以提高上瓦的油膜力 增強軸瓦的穩(wěn)定性 汽輪發(fā)電機組是多轉(zhuǎn)子連接而成的軸系 轉(zhuǎn)子之間由聯(lián)軸器連接 對中是指在運行狀態(tài)下 軸系中各個轉(zhuǎn)子的中心線在一連續(xù)的軸線上 并使各軸承的負荷滿足設(shè)計要求 如果不能達到這樣的要求 則稱為不對中 5 轉(zhuǎn)子不對中引起的故障 5 1轉(zhuǎn)子不對中 轉(zhuǎn)子不對中是汽輪發(fā)電機組及輔機設(shè)備最常發(fā)生的故障之一 當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)不對中后 在其運動過程中將產(chǎn)生一系列不利于設(shè)備運行的動態(tài)效應(yīng) 引起設(shè)備的振動 聯(lián)軸器的偏轉(zhuǎn) 軸承的磨損和油膜失穩(wěn) 轉(zhuǎn)軸的撓曲變形等 危害極大 根據(jù)國外相關(guān)資料介紹 60 70 的旋轉(zhuǎn)機械振動故障由軸系不對中引起或與之相關(guān) 存在不對中故障的汽輪發(fā)電機組若長期運行 有可能產(chǎn)生非常嚴重的后果 因此 研究大型汽輪發(fā)電機組軸系不對中故障的振動特征 振動診斷及處理方法就有較大的經(jīng)濟價值 聯(lián)軸器不對中 聯(lián)軸器不對中是指相鄰兩根轉(zhuǎn)軸軸線不在同一直線上 或不是一條連續(xù)的光滑曲線 在聯(lián)軸器部位存在拐點或階躍點 聯(lián)軸器不對中包括三種情況 一是聯(lián)軸器端面與軸心線不垂直 端面瓢偏 形成偏角不對中 二是聯(lián)軸器的有關(guān)圓柱面和連接螺栓孔節(jié)圓中心和軸頸不同心 圓周偏差 形成平行不對中 三是前兩種不對中的組合 即平行偏角不對中 軸承不對中 軸承不對中包括偏角不對中和標高變化兩種情況 目前多使用自位軸承 一般的軸承偏角不對中容易消除 但軸承位置標高的變化會使軸承載荷重新分配 從而影響整個軸系的穩(wěn)定性 5 1 1故障的分類 轉(zhuǎn)子不對中分類示意圖 聯(lián)軸器不對中 軸承不對中 經(jīng)過分析可知 平行不對中時振動頻率為轉(zhuǎn)子工頻的兩倍 偏角不對中使聯(lián)軸器附加一個彎矩 彎矩的作用是力圖減小兩軸中心線的偏角 軸旋轉(zhuǎn)一周 彎矩作用方向交變一次 因此 偏角不對中增加了轉(zhuǎn)子的軸向力 使轉(zhuǎn)子在軸向產(chǎn)生工頻振動 平行偏角不對中是以上兩種情況的綜合 當(dāng)轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時 就有一個兩倍頻的附加徑向力作用于靠近聯(lián)軸器的軸承上 有一個同頻的附加軸向力作用于止推軸承上 從而激勵轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向和軸向振動 軸承不對中實際上反映的是軸承座標高和左右位置的偏差 由于結(jié)構(gòu)上的原因 軸承在水平方向和垂直方向上具有不同的剛度和阻尼 不對中的存在加大了這種差別 雖然油膜既有彈性又有阻尼 能夠在一定程度上彌補不對中影響 但當(dāng)不對中過大時 會使軸承的工作條件改變 使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加的力和力矩 甚至使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)和產(chǎn)生碰摩 5 2轉(zhuǎn)子不對中引起的振動機理 5 2 1轉(zhuǎn)子不對中的原因分類 一 設(shè)計對中考慮不夠及計算偏差 二 安裝找正誤差和對熱態(tài)轉(zhuǎn)子不對中量考慮欠佳 三 運行操作上超負荷運行和機組保溫不良 軸系各轉(zhuǎn)子熱變形不一 四 機器基礎(chǔ) 底座沉降不均使對中超差和軟地腳造成對中不良 五 環(huán)境溫度變化大 機器熱變形不同 5 2 2轉(zhuǎn)子不對中的振動特征分析 畸變過程 正常運行狀態(tài)圖 故障運行狀態(tài)圖 軸系不對中本身不會產(chǎn)生振動 主要影響到油膜性能和阻尼 在轉(zhuǎn)子不平衡時 由于軸承不對中對不平衡力的反作用 會出現(xiàn)工頻振動 當(dāng)其不對中過大時 有可能使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)或產(chǎn)生碰摩 在一定條件下會出現(xiàn)高次諧波振動 負荷大時 或引起油膜渦動進而導(dǎo)致油膜振蕩 負荷輕時 而軸系不對中將導(dǎo)致軸向 徑向交變力 引起其振動特征頻率為轉(zhuǎn)子工頻的軸向振動和2倍頻分量的徑向振動 對于齒式聯(lián)軸器 平行不對中時產(chǎn)生以軸向為主的振動 角度不對中及綜合不對中時和剛性聯(lián)軸器不對中一樣 會產(chǎn)生徑向振動和軸向振動 機組正常時 其軸心軌跡是一個較為穩(wěn)定的規(guī)則橢圓 而機組異常時 軸心軌跡圖畸變?yōu)楸粨p傷的香蕉形 如圖所示 診斷轉(zhuǎn)子不對中需監(jiān)測參數(shù)和某300MW機組參考參數(shù)值 在安裝和檢修過程中應(yīng)嚴格進行軸系找中 在運行過程中應(yīng)避免對機組軸系形成沖擊負荷 才能保證大型汽輪發(fā)電機組的安全 穩(wěn)定 經(jīng)濟運行 提高檢修和工藝水平 安裝保證聯(lián)軸器無飄偏和偏心 處理接觸面銹蝕和改進潤滑系統(tǒng) 消除滑銷系統(tǒng)卡澀 消除支撐軸承標高偏差 控制機組的負荷符合規(guī)定 禁止機組超負荷運行 如果是由于支撐軸承標高的變化導(dǎo)致的軸承不對中 查找影響軸承中心的因素如 軸承座垂直方向的熱膨脹 油膜厚度的影響 基礎(chǔ)框架受熱不均的影響 凝汽器水位和真空的影響 5 4處理措施 支承松動引起系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度變小 很小的激振力會引起較大的振動 支承松動引起的振動屬于強迫強迫振動的范疇 由于因為松動引起的振動不穩(wěn)定 所以大部分振動是不穩(wěn)定的 可以看作非定常強迫振動 6 1支撐松動故障概述 6 支撐松動引起的故障 機組可靠性 系統(tǒng)振動是由兩方面決定的 即激振力和軸承剛度 支撐松動會影響軸承剛度 進一步使系統(tǒng)振動增大 以下因素可以導(dǎo)致支承剛度的降低 1 連接螺栓松動 2 軸承座與臺板接觸不好 3 墊鐵松動 4 汽缸的膨脹不暢 滑銷系統(tǒng)的卡澀 5 結(jié)構(gòu)形式 6 大型機組軸承座徑向振動多發(fā)生在低壓缸軸承上 6 2支撐松動故障機理 系統(tǒng)振動是由兩方面決定的 即激振力和軸承剛度 支撐松動會影響軸承剛度 進一步使系統(tǒng)振動增大 1 連接螺栓松動 2 軸承座與臺板接觸不好 3 墊鐵松動 4 汽缸的膨脹不暢 滑銷系統(tǒng)的卡澀 5 結(jié)構(gòu)形式 6 大型機組軸承座徑向振動多發(fā)生在低壓缸軸承上 以下因素可以導(dǎo)致支承剛度的降低 6 2支撐松動故障機理 由于支承松動引起的振動 有如下的特點 1 相位不穩(wěn)定 2 振動隨轉(zhuǎn)速變化明顯 3 振動隨負荷變化明顯 4 基頻及分數(shù)諧波振幅大 伴隨2f3f 等高頻振幅 5 振動不穩(wěn)定 轉(zhuǎn)速達某一域值是振幅突然增大或變小 6 水平和垂直方向具有不同的臨界轉(zhuǎn)速 7 松動的方向振動大 8 軸承座的振動會明顯增大 6 3支撐松動故障診斷 特性 或影響后果 特征 6 3 1故障特性分析 現(xiàn)場最常見的是軸承座與臺板 臺板與基礎(chǔ)之間的接觸不良 可以通過測量他們之間振動的差異來判斷 6 3 2支撐松動診斷方法研究 支承松動引起的振動會引起軸承座較大的振動 所以對于該類型振動的診斷可以通過測量軸承座的振動來進一步確定 直接檢查的方法有測量差別振動和用手觸摸兩種 測量差別振動 用手指觸摸 用手指緊貼在軸承座與臺板結(jié)合處 當(dāng)兩者結(jié)合不好時 在交變振動力的作用下 手指會有擠壓感 用同樣的方法可以檢查臺板與基礎(chǔ)的結(jié)合情況 肥皂水檢測 將肥皂水澆在軸承座與臺板結(jié)合處 當(dāng)兩者結(jié)合不好時 接縫處會有小氣泡產(chǎn)生 用同樣的方法可以檢查臺板與基礎(chǔ)的結(jié)合情況 6 3 4診斷判據(jù) 對于一般的軸承座來說 在同一軸向位置 如圖所示 測點上下標高差在100mm以內(nèi)的兩個連接部件 在連接緊固的情況下垂直方向的差別振動應(yīng)小于2 m 滑動面之間正常的差別振動應(yīng)小于5 m 對于發(fā)電機后軸承座與臺板之間有絕緣者 其差別振動應(yīng)小于7 m 當(dāng)兩個相鄰部件差別振動明顯大于這些數(shù)據(jù)時 即可判斷連接剛度不足 差別振動越大 故障越嚴重 在測量軸承各點振動時 除測量垂直振幅和相位外 必要時對該點水平和軸向振動也應(yīng)測量 在測量時若發(fā)現(xiàn)差別振動異常 必須復(fù)測一次 只有兩次結(jié)果基本一致 才能認為數(shù)據(jù)可靠 檢測軸承座差別振動的測點分布 1 按技術(shù)要求安裝 保證配合要求 2 從差別振動中發(fā)現(xiàn)松動的發(fā)生部位 采取緊固措施 3 防止機殼或基礎(chǔ)變形 4 合理運行 防止低壓缸支承部分的變形 5 軸承座與臺板整理接觸不良 導(dǎo)致水平剛度大幅度降低 能夠降低水平振動的有效方法就是采用高速動平衡手段來降低轉(zhuǎn)子上殘余的不平衡激振力 6 對于投產(chǎn)時間較長的機組 由于運行時間長 會導(dǎo)致基礎(chǔ)剛度有所下降 因而檢修中應(yīng)注意對整理剛度的檢查 適當(dāng)將檢修標準控制嚴格一些 6 4支撐松動處理措施 7 1結(jié)構(gòu)共振故障概述 結(jié)構(gòu)共振是指汽輪發(fā)電機組的靜止部件的固有頻率接近工作轉(zhuǎn)速 如果這些部件存在共振 會加速部件的疲勞破壞 特別是轉(zhuǎn)子的支承部件 如軸承箱 端蓋 汽缸 基礎(chǔ)等 當(dāng)這些部件存在共振時 會導(dǎo)致整個軸系振動的惡化 結(jié)構(gòu)共振屬于強迫振動的范疇 7 結(jié)構(gòu)共振引起的故障 工作轉(zhuǎn)速是指機組長期運行的轉(zhuǎn)速 為避免共振 固有頻率應(yīng)避開50hz 通常要求避開率為10 即固有頻率為低于40Hz 2400r min 和高于60Hz 3600r min 共振是指激振力的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率重合 這時振幅急劇增大 相位急劇變化 7 2故障機理 1 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 葉片的固有頻率都有嚴格的要求 2 大的結(jié)構(gòu)部件 如汽缸 發(fā)電機端蓋 軸承箱 由于其形狀復(fù)雜 無論從計算角度還是從試驗角度 在設(shè)計階段確定其固有頻率的難度都比較大 3 今年從西方國家引進的機組額定頻率為60Hz 這些機組的部件如果存在50Hz的固有頻率 在國外的運行條件并不是一個問題 但在我國運行就會存在問題 這時引進機械共振問題比較多的原因 4 基礎(chǔ)共振 汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ) 汽輪機平臺 混凝土框架 的固有頻率也應(yīng)該避開50Hz 有的機組本身振動不大 但站在汽輪機平臺上卻有明顯的振感 這往往是基礎(chǔ)存在共振引起的 5 運行過程的損壞 運行過程中部件出現(xiàn)的裂紋 松動等 可以引起部件剛度的降低 使固有頻率落入共振區(qū) 6 汽輪發(fā)電機的給水泵 循環(huán)水泵 凝結(jié)水泵等輔助設(shè)備 由于這些輔助設(shè)備通過配管系統(tǒng)與主設(shè)備連接 有時配管系統(tǒng)的振動既影響輔助設(shè)備的振動也會影響主設(shè)備的振動 結(jié)構(gòu)共振與部件的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系 同時疲勞 松動等發(fā)生后會改變部件的固有頻率 7 3結(jié)構(gòu)共振故障診斷 故障特征分析在運行 啟機或停機過程中 某個軸承X Y向振動值明顯增大 高于正常運行振動值和相鄰軸承振動值 則診斷該軸承所支撐的轉(zhuǎn)子段發(fā)生了故障 1 可以排除轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 2 主要觀察軸承座的振動 3 結(jié)構(gòu)物在三個方向的固有頻率不一致 4 如果汽輪機的缸體 發(fā)電機 勵磁機的外殼振動特別大 而轉(zhuǎn)子的軸振并不大 則這些部件共振的可能性很大 5 如果軸承座振動不大 而汽輪機平臺的振動大 則存在基礎(chǔ)共振的可能性大 6 如果結(jié)構(gòu)物的阻尼比較小 則共振區(qū)域振動變化率大 有時轉(zhuǎn)速變化幾十轉(zhuǎn) 振動就有明顯的變化 7 存在結(jié)構(gòu)共振時往往振動不穩(wěn)定 容易出現(xiàn)波動 8 結(jié)構(gòu)共振發(fā)生時相位也會發(fā)生劇烈變化 9 發(fā)電機容易出現(xiàn)2X的振動 結(jié)構(gòu)共振發(fā)生在汽輪機的靜止部件上 所以在檢測時要多留意軸承座的振動 同時要注意是否振動是由于汽輪機的各種管道振動引起的 可以采用移動監(jiān)測的方法進行進一步確認 診斷方法 對于新安裝機組 結(jié)構(gòu)共振多是由于機組安裝時導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)共振 可以參看同類型的機組的安裝及處理過程 運行一段時間后的結(jié)構(gòu)共振多為機組靜止部件老化或者是由于運行時導(dǎo)致的機組靜止部件的變形 結(jié)構(gòu)共振發(fā)生于靜止部分 對其監(jiān)測應(yīng)在軸承座等靜止部件 可以在容易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振的部分安裝速度傳感器 傳感器需要在水平 軸向以及垂直方向安裝 對于確定支持系統(tǒng)是否共振的基本方法就是進行轉(zhuǎn)速實驗 在共振轉(zhuǎn)速附近 部件的振幅和轉(zhuǎn)速的關(guān)系完全由振動系統(tǒng)的阻尼和激振力幅值決定 為了確定這些振動是由于激振力的變化引起的還是由于部件的動態(tài)特性變化的影響 在實際的機組上往往首先從激振力著手 診斷判據(jù) 判斷支承系統(tǒng)是否共振的方法是由軸承座頂部振幅與基礎(chǔ)之比或由轉(zhuǎn)軸的相對振動與軸承振動的比值大小確定 對于坐落在基礎(chǔ)上的軸承座來說判斷共振時 發(fā)生共振時 其頂部振幅和基礎(chǔ)振幅很接近 有些情況下甚至振幅大于軸承振幅 國外資料認為 軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比小于1 5 2 0時 表面支承系統(tǒng)存在共振 對于軸承座落在排氣缸上的系統(tǒng)來說 可用軸振與軸承振動之比來判斷支承系統(tǒng)是否存在共振或動剛度不足 如果軸振和軸承振動接近 甚至小于軸承振動 則可判斷支承系統(tǒng)存在共振現(xiàn)象 圖為某電廠 4機系東方汽輪廠生產(chǎn)的N300 16 7 537 537 3型亞臨界中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機3 和4 軸承座的降速曲線 從降速曲線可以看出3 和4 軸承座在3000r min附近振動幅值急劇增加 表明在3000r min附近存在共振區(qū) 因此 轉(zhuǎn)子不平衡振動響應(yīng)靈敏度高 抗干擾能力差 分析知道 引發(fā)3 和4 軸承座振動的原因是 軸承座支撐系統(tǒng)剛度較低且在3000r min附近存在共振區(qū) 低壓轉(zhuǎn)子上有一定的不平衡量 7 4結(jié)構(gòu)共振處理措施 在機組安裝過程中 要保證基礎(chǔ)的二次灌漿良好 要保證軸承座底板與臺版 臺板與基礎(chǔ) 軸承座中分面接觸良好 以及連接螺栓緊力足夠且均勻 在大型發(fā)電機定子安裝中 應(yīng)進行定子負荷分配實驗 按照安裝工藝階梯型布置墊片 保證定子四周承載均勻 對已運行的機組應(yīng)從以下幾方面入手 1 檢查部件有無裂紋 脫焊 連接不良等情況 2 采用中增加支撐等措施 改變結(jié)構(gòu)的固有頻率 3 提高轉(zhuǎn)子的平衡精確度 減小激振力以降低共振峰值 4 定期對發(fā)電機端部繞組振動特性進行測試 防止線棒松動等引起端部繞組結(jié)構(gòu)共振 在診斷機組振動故障時 常常發(fā)現(xiàn)軸承座存在較大的軸向振動 對于這類故障 應(yīng)先檢測軸承座的軸向動剛度 從現(xiàn)場實際情況看 引起過大軸向振動的原因大部分是軸承座的軸向動剛度不足 特別是臺板和基礎(chǔ)之間的松動 其次是軸承座和發(fā)電機的端蓋軸承軸向剛度不足 可能的原因如下 1 轉(zhuǎn)子彎曲 2 球面瓦卡涉 3 電磁力軸向不平衡 4 軸承座支撐剛度不足 5 轉(zhuǎn)子存在較大的高階不平衡量 6 軸承座軸向共振 7 軸承座承受過大的軸向動載荷 8 軸承座軸向振動引起的故障 8 1軸承故障概述 8 2處理措施 6 通過支承系統(tǒng)軸向振動的變轉(zhuǎn)速實驗或激振實驗 確實證明有50和100Hz左右的固有頻率時 則判斷存在軸向共振 消除和控制此共振可采取兩種手段 對共振部件進行調(diào)頻處理 如機座加固 改善軸承穩(wěn)定性及消除某些設(shè)備缺陷等 減小共振源的激振力 如對于50Hz共振提高轉(zhuǎn)子的動平衡精度 對100Hz共振則消除電磁力不平衡以及改善轉(zhuǎn)子的對中狀態(tài)等 2 當(dāng)確定軸向振動與轉(zhuǎn)子的彎曲 熱彎曲 有關(guān) 且彎曲量較大時 則需要進行直軸處理或查找熱彎曲原因予以處理 如彎曲量不大 則可嘗試采用動平衡方法使轉(zhuǎn)子撓曲減小 降低徑向和軸向振動 1 如果發(fā)電機和勵磁機軸承的軸向振動與電磁力有關(guān) 可以調(diào)整發(fā)電機或勵磁機的磁力中心 消除電磁力的不平衡 4 對于汽輪機膨脹死點的軸承座或可滑動的軸承座 可采用下列方法控制軸向振動 修刮軸承座與臺板的滑動面 充油臺板定期加油 保證其潤滑良好 以減小氣缸膨脹時其移動的摩擦阻力 消除管道對汽缸的反作用力 保證在汽缸接口處的管道力在允許的范圍內(nèi) 更換剛度大的軸承座 5 針對軸瓦緊力不合適引起的軸向振動 可重新調(diào)整軸承與瓦殼之間的過盈量 確保軸承內(nèi)緊力均在標準規(guī)定的范圍內(nèi) 使軸瓦能夠追隨軸頸偏轉(zhuǎn) 不再使軸承座受軸頸和軸瓦的牽制 7 當(dāng)軸向振動與轉(zhuǎn)子二階質(zhì)量不平衡有關(guān)時 那么 對轉(zhuǎn)子進行平衡時 無論徑向振動還是軸向振動都可以得到改善 據(jù)國外資料報道 十年來三十多臺大型汽輪發(fā)電機組發(fā)生過轉(zhuǎn)子裂紋的事故 其中有些事災(zāi)難性的 這類事故在國內(nèi)也有發(fā)生 引起裂紋事故增加的原因是 機組的大型化帶來蒸汽參數(shù)提高 機組壽命的延長使運行時間增加 機組調(diào)峰運行 由于轉(zhuǎn)子裂紋的危險性 迫切需要進行有效地監(jiān)測 以盡可能早地發(fā)現(xiàn)事故征兆 至少在發(fā)展為災(zāi)難性事故前能夠覺察 目前直接確定裂紋的方法如超聲波 紅外線 磁力探傷等僅能夠在停機條件下檢測 而不能提供運行狀態(tài)下的測量 因而通過振動測量診斷裂紋的故障的技術(shù)尤為重要 9 轉(zhuǎn)子裂紋引起的故障 9 1轉(zhuǎn)子裂紋故障概述 9 2故障機理 有徑向裂紋的轉(zhuǎn)子 其橫向剛度下降 且轉(zhuǎn)子的剛度不對稱 由此產(chǎn)生彈性不平衡力 當(dāng)轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)時 伴隨其非同步的彎曲振動使裂紋分別以固有頻率和 為裂紋閉合時轉(zhuǎn)子的固有頻率 為裂紋張開時轉(zhuǎn)子的固有頻率 周期性開閉 不斷改變裂紋的性質(zhì) 由于裂紋性質(zhì)的改變導(dǎo)致轉(zhuǎn)子剛度的變化 改變了轉(zhuǎn)子對主要激振力即重力的動力響應(yīng) 裂紋轉(zhuǎn)子由重力引起的響應(yīng)除一倍頻外 還有二倍頻 三倍頻 分量 由于裂紋改變了轉(zhuǎn)子的剛度 從而使轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速比正常值要小 裂紋越嚴重 各階臨界轉(zhuǎn)速減小得越多 由于裂紋造成剛度變化且不對稱 從而使轉(zhuǎn)子的共振轉(zhuǎn)速擴展為一個區(qū)域 裂紋轉(zhuǎn)子在作強迫響應(yīng)時 一次分量的分散度較無裂紋時大 在恒定轉(zhuǎn)速下 各階諧波幅值及其相位不穩(wěn)定 且尤以二倍頻最為突出 裂紋轉(zhuǎn)子引起剛度不對稱 使轉(zhuǎn)子動平衡發(fā)生困難 往往多次試加平衡質(zhì)量也達不到所要求的平衡精度 9 4故障形成原因 9 3故障形成原因 引起轉(zhuǎn)子裂紋的原因包過高頻疲勞 低頻疲勞 蠕變和應(yīng)力腐蝕 它們首先與轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)的機械狀態(tài)有關(guān) 另外還受環(huán)境的影響 主要是熱參數(shù)和工作介質(zhì)中含有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì) 運行時間長的老機組 由于應(yīng)力腐蝕 會在轉(zhuǎn)子原本存在誘發(fā)點的位置產(chǎn)生微裂紋 其后隨著環(huán)境因素的持續(xù)作用 微裂紋逐漸擴展 發(fā)展為宏裂紋 原始的誘發(fā)點通常出現(xiàn)在應(yīng)力高且材料有缺陷的地方 如軸上應(yīng)力集中點 加工時留下的刀痕 劃傷處 材質(zhì)存在微小缺陷的部位等 隨著機組使用壽命的延長和很多機組被用做調(diào)峰 轉(zhuǎn)軸疲勞損傷急劇 裂紋出現(xiàn)的可能性在增加 9 4轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷 裂紋的出現(xiàn) 說明在轉(zhuǎn)子裂紋區(qū)存在軸向的拉應(yīng)力 在拉應(yīng)力的作用下 轉(zhuǎn)子彎曲 裂紋的出現(xiàn)使得轉(zhuǎn)子的橫向剛度降低 也會引起彎曲 這種彎曲必然導(dǎo)致平衡狀態(tài)的惡化 因轉(zhuǎn)子裂紋引起的振動具有以下的特點 9 4 1故障特征分析 轉(zhuǎn)子振動不穩(wěn)定 一點擾動可能造成振動變化 9 4 2診斷方法研究 對于懷疑有裂紋的轉(zhuǎn)軸 根據(jù)振動信號進行診斷和監(jiān)測是唯一的有效的手段 所監(jiān)測的內(nèi)容有如下兩個方面 4臺德國巴布科克公司提供技術(shù)和主要關(guān)鍵設(shè)備與中國武漢鍋爐廠合作制造的830t h全液態(tài)排渣鍋爐 一期工程 1999 4臺俄羅斯動力機械進出口公司的雙抽氣汽輪機 其中 兩臺為16 5萬千瓦的雙抽氣汽輪機 兩臺為18 5萬千瓦的單抽氣汽輪機 在機組穩(wěn)態(tài)運行條件下 如果有一或兩個軸承 轉(zhuǎn)軸 的工頻和兩倍頻振幅出現(xiàn)十分緩慢地增加 相位也發(fā)生緩慢地變化 在排除了轉(zhuǎn)軸中心孔進油 軸承標高變化 聯(lián)軸器中心變化 轉(zhuǎn)動部件位置緩慢偏移等可能性之后 可以將其作為懷疑轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋的一條根據(jù) 定轉(zhuǎn)速下的工頻和兩倍頻振幅及相位 5 軸承頻率幅值曲線 4臺德國巴布科克公司提供技術(shù)和主要關(guān)鍵設(shè)備與中國武漢鍋爐廠合作制造的830t h全液態(tài)排渣鍋爐 一期工程 1999 二期工程 2007 4臺俄羅斯動力機械進出口公司的雙抽氣汽輪機 其中 兩臺為16 5萬千瓦的雙抽氣汽輪機 兩臺為18 5萬千瓦的單抽氣汽輪機 變轉(zhuǎn)速下的兩倍頻振幅和相位 機組升降速過程在臨界轉(zhuǎn)速一般處出現(xiàn)兩倍頻共振峰是轉(zhuǎn)軸裂紋的關(guān)鍵判據(jù) 隨裂紋深度的發(fā)展 這個共振峰值應(yīng)該逐漸增大 發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體剛度不對稱和聯(lián)軸器不對中在升降速過程和裂紋產(chǎn)生完全相同的特征 這些故障往往難于區(qū)分 發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體剛度不對稱產(chǎn)生的兩倍頻振動特征應(yīng)該出現(xiàn)在發(fā)電機支撐或臨近結(jié)構(gòu)部件上 兩倍頻振幅 相位不會隨時間變化 聯(lián)軸器產(chǎn)生的兩倍頻特征 在消除或調(diào)整了聯(lián)軸器的對中之后 應(yīng)該隨之有所變化 這些情況可以用來區(qū)別它們 5 過臨界轉(zhuǎn)速時振幅隨轉(zhuǎn)速的變化 58 2002年3月哈三電廠 3發(fā)電機轉(zhuǎn)子開裂 59 轉(zhuǎn)子生產(chǎn)設(shè)計背景 1 轉(zhuǎn)子是七十年代我國自行研制生產(chǎn)的第一個600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鍛件2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計結(jié)構(gòu)是在引進西屋公司技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了局部優(yōu)化 在通風(fēng)結(jié)構(gòu)進行了改進 主要指槽內(nèi)部分 3 零部件材料的設(shè)計依據(jù)為WH公司的采購規(guī)范4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是在WH公司進行 并在WH公司專家指導(dǎo)下完成的 60 轉(zhuǎn)子裂紋形貌及整體狀態(tài)檢驗結(jié)果 表面裂紋全長為987mm 裂紋弧線長度為844mm 61 62 裂紋源區(qū)域宏觀形貌 壓板槽根部 63 轉(zhuǎn)子應(yīng)力場及強度分析 轉(zhuǎn)子勵端軸柄及銑槽的應(yīng)力集中計算點位置示意圖 64 1 軸柄處最大應(yīng)力及應(yīng)力集中系數(shù)計算結(jié)果 計算結(jié)果表明 B點的應(yīng)力最大 應(yīng)力集中系數(shù)也最大 當(dāng)R 3時為48 7Mpa 當(dāng)R 1時為62 2Mpa A點次之 最大應(yīng)力為30 8MPa 65 哈三電廠 3機轉(zhuǎn)子裂紋是由以下三個方面原因綜合作用的結(jié)果 1 轉(zhuǎn)子鍛件熱處理不當(dāng) 造成材料回火脆性 沖擊值下降 脆性轉(zhuǎn)變溫度升高 缺口敏感性增加 是哈三 3機轉(zhuǎn)子開裂的內(nèi)因之一2 轉(zhuǎn)子勵磁引線壓板槽槽底根部附近有淺表層夾渣是哈三 3機轉(zhuǎn)子開裂的內(nèi)因之二3 轉(zhuǎn)子勵磁引線壓板槽槽底根部R角偏小 存在應(yīng)力集中是轉(zhuǎn)子開裂外因 10 汽輪發(fā)電機振動故障 發(fā)電機作為將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備 是電廠與電網(wǎng)連接的重要節(jié)點 所以發(fā)電機的安全運行尤為重要 振動狀態(tài)時衡量發(fā)電機能否持續(xù)可靠運行的重要指標 多年來 因振動加劇危及發(fā)電機組安全運行甚至損毀事故的實例并不少見 可以說振動異常及加劇常常是機組發(fā)生事故的先兆 汽輪發(fā)電機是高速旋轉(zhuǎn)機械 由于本身諸多不平衡因素難以完全消除及外部干擾力的影響 運行中不可能不產(chǎn)生振動 發(fā)電機的振動故障可以分為機械原因和電氣原因兩個大類 其中機械原因包括轉(zhuǎn)子不對中 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 轉(zhuǎn)子裂紋 轉(zhuǎn)子剛度不對稱 動靜碰磨等故障模式 電氣原因包括電磁諧振 不對稱電磁力激振 定子鐵芯振動等故障模式 由于機械原因引起的發(fā)電機振動在前邊章節(jié)里 已做了詳盡的描述 本章著重闡述由于電氣原因而引發(fā)的汽輪發(fā)電機振動 10 汽輪發(fā)電機振動引起的故障 10 1汽輪發(fā)電機振動概述 10 2發(fā)電機振動的故障機理 發(fā)電機電氣原因?qū)е抡駝拥漠惓Ｕ駝臃譃閮纱箢?一是由于熱效應(yīng)誘發(fā)的異常振動 二是由電磁力誘發(fā)的異常振動 轉(zhuǎn)子的冷卻回路受阻或者出現(xiàn)不對稱的冷卻截面 轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)匝間短路 轉(zhuǎn)軸剛度不對稱 轉(zhuǎn)子線圈和線槽之間的滑動 發(fā)電機熱源及其引起的振動 轉(zhuǎn)子繞組楔條 墊塊的安裝配合 護環(huán) 中心環(huán)的錯位安裝 發(fā)電機電磁力引起的振動 除了熱原因引起的發(fā)電機振動外 電磁力引起的發(fā)電機倍頻振動 也是汽輪發(fā)電機組運行中常見的振動故障 電磁力引起的震動包括 10 3發(fā)電機振動故障診斷 10 3 1故障特征分析 電氣原因熱原因引起的振動 主要是引發(fā)發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲 引發(fā)轉(zhuǎn)子1倍頻振動 不對稱電磁力激起的振動特征是 振動隨勵磁電流的增大立即增加 分析轉(zhuǎn)子振動波形圖時 引發(fā)的振動頻率是二倍工頻 對于發(fā)電機振動診斷 首先排除由機械原因如機組中心不正 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 油膜振蕩 聯(lián)軸器連接工藝不當(dāng)引起的振動 再區(qū)分是由于電氣原因熱效應(yīng)誘發(fā)的異常振動 主要為轉(zhuǎn)軸彎曲振動 還是由于電磁力引發(fā)的振動 對于機械原因引發(fā)的振動診斷方法在前面幾章已做過了詳細的介紹 在這里只介紹由于電氣原因引發(fā)的振動的診斷方法 2 冷卻回路受阻引發(fā)的振動特點 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生1倍頻振動 冷卻水 或氫 的出口流量明顯減小 6 三相負荷不對稱引發(fā)的振動特點 振動頻率是二倍工頻 5 電磁諧振引發(fā)的的特點是 轉(zhuǎn)子振動幅度隨著有功功率和勵磁電流的增減而增減 振動對負荷的變化非常敏感 在額定轉(zhuǎn)速 振動對勵磁電流的增減不敏感 7 定子鐵心振動特點 一旦去掉勵磁 定子振動隨即消失 3 線圈膨脹受阻引發(fā)的振動的一個特點 振動迅速上升 這時振動隨著電流增加而增大 但如果電流繼續(xù)增加當(dāng)膨脹達到一定程度時 線圈會沖破約束膨脹出來使應(yīng)力釋放 振動反而降低 1匝間短路引起的不對稱電磁力可以激發(fā)1倍頻 2倍頻和4倍頻振動 對于轉(zhuǎn)子 故障將激發(fā)工頻振動 10 3 2診斷方法 1 發(fā)電機軸振振動出現(xiàn)異常則確定為發(fā)電機存在振動故障 2 首先根據(jù)前面幾章的診斷方法 排除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 轉(zhuǎn)子不對中 油膜振蕩 聯(lián)軸器連接工藝不當(dāng) 支撐松動 轉(zhuǎn)子與定子碰磨等原因造成的發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動 其它的振動則是由于電氣原因引起的發(fā)電機振動 3 根據(jù)轉(zhuǎn)子的振動的頻率 1倍頻振動是由熱原因引起的轉(zhuǎn)子彎曲引發(fā)的振動 2倍頻以上的振動是由于電磁力激振引發(fā)的振動 且振動與勵磁電流有關(guān)系 同時有1X 2X和4X振動分量的振動原因是由于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路引起的 發(fā)電機氫壓會明顯下降 內(nèi)冷水箱含氫量增大以及漏氫檢測儀會有較大的指示 是由于機械磨損 銅線斷裂引發(fā)的振動 冷卻回路出水口流量明顯小于進水口流量則是因為冷卻回路堵塞引起冷卻截面不均勻引發(fā)的振動 隨著電流增加振動迅速上升 但當(dāng)電流增大到一定值后振動反而降低 是由于線圈和線槽不均勻膨脹引發(fā)的振動 熱原因引起的振動 1 由熱原因引起的振動特點 2 由電氣原因引起的振動特點 1 振動為倍頻振動 且振動幅值隨勵磁電流的變化明顯 則為電磁力引發(fā)的振動 可以根據(jù)振動振幅隨勵磁電流 有功負荷增減來確定振動原因 3 振動頻率為1X 2X 3X和4X 而且兩者間的增減幅度具有很好的線性關(guān)系 則為氣隙不均引發(fā)的振動 靜偏心將激發(fā)轉(zhuǎn)子和定子2X振動 動偏心將激發(fā)轉(zhuǎn)子1X的振動 動偏心或動靜復(fù)合偏心將激發(fā)定子的1X 2X 3X和4X振動 4 轉(zhuǎn)子振動幅度隨著有功功率和勵磁電流的增減而增減 振動對負荷的變化非常敏感 在額定轉(zhuǎn)速 振動對勵磁電流的增減不敏感 則為電磁諧振 2 振動頻率為1X 2X和4X振動分量且振幅隨勵磁電流增減而增減 一旦斷開勵磁振動立即消失則問匝間短路引發(fā)的振動 10 4處理措施 1 轉(zhuǎn)子匝間短路引發(fā)的振動 當(dāng)出現(xiàn)此種類型的振動 在電氣上可以采用微分探測線圈法 來輔助判斷是否出現(xiàn)匝間短路 并且可以判斷出短路所在槽的位置 避免匝間短路引起的振動 首要的是在周期性停運檢修工作中 加強對該類缺陷的測試 一旦發(fā)現(xiàn) 必須認真徹底消除 在運行中高度重視密封瓦油中進水問題 嚴格控制機內(nèi)的氫氣濕度水平 防止由于這個原因引起匝間短路 由于消除匝間短路工作量很大 通?，F(xiàn)場盡量采用動平衡的方法來減小振動 使之可以堅持運行到下次周期性大修時再作處理 但由于動平衡對此類振動消除效果不好 實在不行 就必須對匝間短路進行徹底的檢修 2 冷卻不均勻引發(fā)的振動 冷卻不均的振動值與冷卻介質(zhì)的進口溫度有關(guān) 冷卻介質(zhì)溫度提高 不均勻部分溫度上升較小 從而減少了轉(zhuǎn)子不對稱溫差 使轉(zhuǎn)子的熱彎曲程度降低 振動值也相應(yīng)降低 可以用這個辦法緩解振動 等停機檢修時疏通冷卻回路 消除振動 3 安裝錯位引發(fā)的振動 對于這類振動 要停機檢修 對于線圈與線槽的滑動可以去掉滑動層來消除振動 護環(huán)和中心環(huán) 楔條 墊塊的安裝要正確 4 氣隙不均勻引發(fā)的振動在現(xiàn)場發(fā)生這種振動主要是由于安裝檢修過程中 調(diào)整機組軸系中心時 對空氣間隙沒有周全考慮 導(dǎo)致定 轉(zhuǎn)子中心線偏差大 為避免此類振動 在檢修安裝時要加強對空氣間隙的監(jiān)測 必要時在軸系中心確定后 對定子也進行必要的調(diào)整 某些類型的發(fā)電機 由于轉(zhuǎn)子軸承直接坐落在定子兩側(cè)的端蓋上 可以直接調(diào)整定子來進行軸系找中 這樣可有效地避免由于轉(zhuǎn)子調(diào)整量過大引起的定 轉(zhuǎn)子中心偏差 5 電磁諧振引發(fā)的振動為消除此類振動 必須首先判斷出發(fā)生諧波共振的部件 對之在結(jié)構(gòu)上進行改造 改變其結(jié)構(gòu)剛度 從而使其固有振動頻率變化避開發(fā)電機三次諧波分量 曾有機組因為風(fēng)冷器處發(fā)生諧振 導(dǎo)致振動大 采用多種方法均無法很好地消除振動 后對風(fēng)冷器進行改型 主要是增加了該部件的剛度 提高了其固有振動頻率 同時 對該部件安裝部位發(fā)電機定子外殼剛度也進行了加強 改造后 諧振現(xiàn)象消除 發(fā)電機振動情況明顯改善 6 三相負荷不對稱引發(fā)的振動為避免此類振動 汽輪發(fā)電機組要求連續(xù)不對稱負荷不得超過10 同時 一旦出現(xiàn)不正常的過大兩倍基頻振動 應(yīng)及時檢查是否由負序電流引起 并盡快消除 7 定子鐵心的振動鐵心的振動通過鐵心與定子外殼之間的彈簧連接傳給外殼及與外殼相連的軸承座 如果彈性連接設(shè)計恰當(dāng) 則僅將鐵心振動的很小一部分傳給外殼 實測結(jié)果表明 外殼振動值僅約為鐵心振動的1 3 1 5 11 軸承動態(tài)標高引起的問題 在