汽輪機(jī)振動分析與故障排除

1、成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 汽輪機(jī)振動分析與故障排除 學(xué)院(函授站）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級專業(yè)： 熱能與動力工程 層 次： 本科 學(xué) 號： 姓 名： 張華 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間： 年 月 日 月 日內(nèi)容摘要我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對我國電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門的重要任務(wù)。汽輪機(jī)組作為發(fā)電廠重要組成部分其異常振動對于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)都有著重要的影響，汽輪機(jī)組異常振動是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會是機(jī)組振動的原因。因

2、此，針對汽輪機(jī)異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動的各個(gè)原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動的關(guān)鍵。文章就汽輪機(jī)異常振動的原因進(jìn)行了分析與故障的排除，在振動監(jiān)測方面應(yīng)做的工作進(jìn)行了簡要的論述。關(guān)鍵詞:汽輪機(jī)；異常振動；分析；排除目錄內(nèi)容摘要1前言3第一章 振動原因查找和分析4第2章汽輪機(jī)組常見異常震動的分析與排除42.1汽流激振現(xiàn)象與故障排除52.2轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動特征、原因及排除52.3摩擦振動的特征、原因與排除6第三章運(yùn)行方面63.1 機(jī)組膨脹63.2 潤滑油溫63.3軸封進(jìn)汽溫度73.4機(jī)組真空和排汽缸溫度73.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流73.6

3、斷葉片7第四章 關(guān)于汽輪機(jī)異常振動故障原因查詢步驟的分析7第五章在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作8結(jié)論9前言對轉(zhuǎn)動機(jī)械來說，微小的振動是不可避免的，振動幅度不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動。這里所說的振動，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過允許標(biāo)準(zhǔn)的振動，也就是異常振動。任何一種異常振動都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動，以及電磁力不平衡等等都會表面在振動增大，甚至強(qiáng)烈振動。 而強(qiáng)烈振又會導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動甚至損壞，加劇動靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備損壞程度。異常

4、振動是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷，隱患的綜合反映，是發(fā)生故障的信號。因此，新安裝或檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過試運(yùn)行，測試各軸承振動及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。振動超標(biāo)的則必須查找原因，采取措施將振動降到合格范圍內(nèi)，才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行。第一章 振動原因查找和分析汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時(shí)間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會是機(jī)組振動的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等

5、。因此，針對汽輪機(jī)異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動的各個(gè)原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動的關(guān)鍵。汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于軸承座受熱膨脹，補(bǔ)償了軸承座固定螺栓頭部同壓板間冷態(tài)預(yù)留的膨脹間隙，二者間應(yīng)基本處于無間隙狀態(tài)。軸承座每側(cè)2個(gè)固定螺栓都采取了連接點(diǎn)焊的防松措施，因此螺栓不會自己松動退出。因此固定螺栓頭部同壓板間出現(xiàn)較大間隙的原因只能是軸承座出現(xiàn)了下沉，軸承座與固定螺栓對應(yīng)處下移量大致等于該部位實(shí)際出現(xiàn)的間隙量。在前軸承座中，徑向軸承的安裝位置靠近后端兩個(gè)支承點(diǎn)，由于軸承座后端下沉量較大，所以徑向軸承實(shí)際下沉量要大于軸承座平均下沉量（0.85mm）

6、。 汽輪機(jī)前徑向軸承隨軸承座下沉，引起其上支承的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子前端下沉，轉(zhuǎn)子下沉量大致等于前徑向軸承下沉量。經(jīng)查資料汽輪機(jī)前軸封，平衡盤汽封及前幾級葉輪汽封處徑向間隙均為0.200.40mm，因此轉(zhuǎn)子的下移量足以使轉(zhuǎn)子前端同汽缸前汽封下部及前幾級隔板汽封下部產(chǎn)生磨擦，引起轉(zhuǎn)子和汽缸振動，轉(zhuǎn)子振動帶動軸承座產(chǎn)生振動。因汽缸質(zhì)量較大，受影響相對小些。由于磨擦主要發(fā)生在前端，所以轉(zhuǎn)子前端及前軸承座振動升幅比后端要大。動靜部件間的磨擦和產(chǎn)生的振動也使現(xiàn)場噪音有所增加。 軸承座四角不均勻下沉，也破壞了軸承座中心線同轉(zhuǎn)子中心線的平行狀態(tài)，使徑向和止推軸承瓦塊工作狀況變壞；另外軸承座帶動轉(zhuǎn)子下沉，還使轉(zhuǎn)子在汽缸

7、內(nèi)的徑向位置嚴(yán)重偏心，這些都是激起轉(zhuǎn)子振動的重要原因。 分析認(rèn)為造成軸承座下沉的原因大致有3點(diǎn)：球形墊下部與可調(diào)支承螺母間磨損；球形墊上部與軸承座下支承面間發(fā)生磨損；可調(diào)支承螺母松動下移。 第2章 汽輪機(jī)組常見異常震動的分析與排除引起汽輪機(jī)組異常振動的主要原因有以下幾個(gè)方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。 2.1汽流激振現(xiàn)象與故障排除 汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機(jī)組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)

8、象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時(shí)間的記錄每次機(jī)組振動的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。 2.2轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動特征、原因及排除 轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)

9、荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。 與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個(gè)轉(zhuǎn)速下會有所減小，即在某個(gè)轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會產(chǎn)生一個(gè)“凹谷”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn)子動力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時(shí)，振幅的

10、減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會出現(xiàn)異常振動。 2.3摩擦振動的特征、原因與排除 摩擦振動的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時(shí)間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時(shí)的振動一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度

11、比原始值明顯增加。摩擦振動的機(jī)理：對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。第三章 運(yùn)行方面如果在機(jī)組設(shè)計(jì)制造、安裝和檢修期間各方面都能保證質(zhì)量，那機(jī)組就不會發(fā)生振動大而影響運(yùn)行了嗎？答案是否定的，機(jī)組的振動除了與上面闡述的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況存在很大的關(guān)系。3.1 機(jī)組膨脹前面已經(jīng)講到，機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對機(jī)組振動的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在

12、問題時(shí)，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動。3.2 潤滑油溫軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時(shí)，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動的產(chǎn)生。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個(gè)重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個(gè)重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，

13、過高過低都對油膜的形成不利。3.3軸封進(jìn)汽溫度每一軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸封進(jìn)汽溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機(jī)組振動的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及。3.4機(jī)組真空和排汽缸溫度 機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn)生影響。3.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流 當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹

14、，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí)，由于膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身存在膨脹不均時(shí)，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡，而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時(shí)也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象，此處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量堆積而使膨脹較大，這就與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，又會形成一動態(tài)的質(zhì)量不平衡。3.6斷葉片 當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時(shí)可能不會被察覺，因?yàn)?/p>

15、振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設(shè)計(jì)制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)應(yīng)盡量平穩(wěn)。第四章 關(guān)于汽輪機(jī)異常振動故障原因查詢步驟的分析 生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據(jù)振動產(chǎn)生的集中原因，在查找振動主要來源時(shí)要注意下面幾個(gè)要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、勵磁電流、時(shí)間、等的變化是否變化）。例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會有下列現(xiàn)象：升速時(shí)振動與轉(zhuǎn)速的二次方

16、成正比，轉(zhuǎn)速高振動大。特別過臨界時(shí)振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復(fù)性好。根據(jù)振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除另外對于一些原本設(shè)計(jì)上有通病的機(jī)組，要做好心理準(zhǔn)備并牢記其故障點(diǎn)，一旦出現(xiàn)情況首先要檢查設(shè)計(jì)缺陷部件。例如：東汽三缸兩排氣200MW汽輪機(jī),軸封系統(tǒng)同300MW,現(xiàn)低壓缸的兩端軸承震動常在6、7絲左右，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)如能維持低壓軸封供汽溫度在120130度時(shí)，振動基本能降到4絲左右。加負(fù)荷時(shí)振動要上升，穩(wěn)定一段時(shí)間后要下降，如果低壓軸封供汽溫度在150度以上時(shí)，

17、振動也要上漲。通過分析我們可以看出振動主要發(fā)生在#4軸承，其主要原因是#4軸承座在排汽缸上，支撐剛性太差，對溫度較為敏感，使#4軸承的標(biāo)高發(fā)生變化。東方300MW汽輪機(jī)也存在同樣的情況，這可能是設(shè)計(jì)上的一大通病。針對這一原因，其故障排除要加固#4軸承座的支撐，測量溫度對#4軸承標(biāo)高的具體影響值，以便在找中心時(shí)事先降低#4軸承標(biāo)高。 第五章 在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作目前200MW及以上的機(jī)組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對振動實(shí)施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝有振動監(jiān)測表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動表定期測試核對，有的機(jī)組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機(jī)組的

18、振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期（每周、每10天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測試振動的周期，給汽機(jī)車間專業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上次測試結(jié)果增大時(shí)，專業(yè)人員應(yīng)及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時(shí)增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動異常時(shí)，應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動表進(jìn)行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時(shí)，應(yīng)立即打閘停機(jī)。如振動增加雖未達(dá)到0.05mm，但振動異常時(shí)聽到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時(shí)，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對一般的振動增大，也應(yīng)向車間匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。 結(jié)論汽輪機(jī)異常振動時(shí)汽輪機(jī)運(yùn)行過程中不可避免的故障，同時(shí)也是較