點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障

1、振動(dòng)故障特征及原因分析 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)從性質(zhì)上可以分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩大類型。如果維持振動(dòng)的能量是由外界激振力所提供的，那么這種振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)；如果振動(dòng)系統(tǒng)通過本身的運(yùn)動(dòng)不斷向自身提供能量維持振動(dòng)，則這種振動(dòng)就稱為自激振動(dòng)。 然而，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的診斷分析卻是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，這一方面故障與征兆之間并非一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，況且振動(dòng)故障往往又是多種原因造成的；另一方面受現(xiàn)場客觀條件的限制也難以對(duì)機(jī)組作徹底的檢查。所以，有時(shí)尋找振動(dòng)故障的原因以及治理會(huì)拖延很長的時(shí)間。但是，如果能夠掌握各種振動(dòng)的特征，對(duì)分析和診斷振動(dòng)產(chǎn)生的原因便具備了一定的基礎(chǔ)。因此對(duì)機(jī)組典型特征的分析已成為振動(dòng)故障

2、診斷的重要手段。本節(jié)將對(duì)一些單純的典型振動(dòng)的特征作簡單的介紹。振動(dòng)故障特征及原因分析振動(dòng)故障的一般原因 旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)不可避免要發(fā)生振動(dòng)，其振動(dòng)量只要不超過一定的程度是完全允許的。但是，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)了一些不正常的振動(dòng)或振動(dòng)過大時(shí)，就成了運(yùn)行時(shí)的故障，必須及時(shí)排隊(duì)都能保證機(jī)組安全運(yùn)行。 引起機(jī)組不正常振動(dòng)或振動(dòng)過大的原因很多。例如： 轉(zhuǎn)子的不平衡量過大； 聯(lián)軸器的加工或與軸的裝配同軸度超出允許范圍； 轉(zhuǎn)子上的另件發(fā)生松動(dòng)； 軸系的對(duì)中超出允許范圍； 轉(zhuǎn)子上有缺陷和損壞（如腐蝕、結(jié)垢、葉片斷落和轉(zhuǎn)子裂紋等）； 動(dòng)靜部分磨擦； 機(jī)組安裝上有缺陷（如零部件松動(dòng)，基座松動(dòng)和熱脹余地不足等）。 軸承失穩(wěn)；振

3、動(dòng)故障特征及原因分析典型振動(dòng)故障的特征1、轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的激振力，是造成機(jī)組振動(dòng)的最基本和最普遍的原因。有資料稱，在現(xiàn)場發(fā)生的機(jī)組振動(dòng)過大，就其原因來說，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的約占80%左右。因此，了解此類振動(dòng)的特征，對(duì)于診斷振動(dòng)原因是非常重要的。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)有下述特點(diǎn)： 振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速相符，即呈現(xiàn)同頻振動(dòng)； 因強(qiáng)迫振動(dòng)是一個(gè)簡諧振動(dòng)，所以軸承的振動(dòng)規(guī)律是一個(gè)比較規(guī)則的正弦波，相位也較為穩(wěn)定； 對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速，振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子振幅將呈拋物線規(guī)律增大（見圖1-6），尤其離臨界轉(zhuǎn)速較遠(yuǎn)時(shí)，上述規(guī)律比較明顯。 對(duì)于撓性

4、轉(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速。由于受共振和轉(zhuǎn)子變形的影響，振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系比較復(fù)雜，一般不與轉(zhuǎn)速平方成正比。振動(dòng)故障特征及原因分析在一階臨界轉(zhuǎn)速前，振動(dòng)為剛性轉(zhuǎn)子特征。在一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子發(fā)生共振而出現(xiàn)振動(dòng)峰值。同時(shí)，又由于轉(zhuǎn)子一階振型的出現(xiàn)，將產(chǎn)生明顯的動(dòng)撓度，使振幅加大。轉(zhuǎn)子兩端軸承處的振動(dòng)相位相同。越過一階臨界轉(zhuǎn)速后，振幅有所下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至接近二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，此時(shí)一階振型已基本消失，而逐漸產(chǎn)生二階振型，此時(shí)轉(zhuǎn)子的反向不平衡量將起主導(dǎo)作用引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，因此，振幅又將逐漸增大。當(dāng)達(dá)到二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅再度出現(xiàn)一個(gè)共振峰值，而在兩兩端軸承處的振動(dòng)相位相反。圖1-7表示轉(zhuǎn)子存在一、二

5、階不平衡分量時(shí)的振幅轉(zhuǎn)速曲線。圖1-6剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速振幅特性圖1-7撓性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速振幅特性 振動(dòng)故障特征及原因分析 根據(jù)上述振動(dòng)特征，當(dāng)需要判定轉(zhuǎn)子的振動(dòng)故障是否由于不平衡所致時(shí)，只要通過對(duì)機(jī)組升降速過程的振動(dòng)測試，觀察其同頻分量是否符合上述規(guī)律便可得到證實(shí)。 在工作轉(zhuǎn)速下存在較大的基頻振動(dòng)分量時(shí)，在排隊(duì)軸承座動(dòng)剛度不足以及聯(lián)軸器連接缺陷等故障后，振動(dòng)過大的原因就是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。在線性系統(tǒng)中，部件上呈現(xiàn)的振幅與作用在該部件上的激振力成正比，與它的動(dòng)剛度成正比，可以用下式表達(dá)：由上式可知，減小此類振動(dòng)振幅的途徑無非兩條，一為減小激振力P；二為增加支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度Kd。對(duì)于現(xiàn)場來說，可以通過轉(zhuǎn)子支承

6、系統(tǒng)的外部特性試驗(yàn)判定部件結(jié)構(gòu)剛度是否正常，以便采取相應(yīng)的對(duì)策；而對(duì)于失衡的轉(zhuǎn)子則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行動(dòng)平衡。振動(dòng)故障特征及原因分析 2、聯(lián)軸器加工或與軸裝配誤差引起的振動(dòng)特征聯(lián)軸器加工或與軸裝配所產(chǎn)生的誤差，反映在轉(zhuǎn)子振動(dòng)方面的內(nèi)容包括兩個(gè)方面：其一，聯(lián)軸器加工或與軸裝配不良使端面與軸線不垂直，當(dāng)擰緊連接螺栓后，軸頸處將變形而產(chǎn)生晃度，在旋轉(zhuǎn)時(shí)便因附加的強(qiáng)迫力而受迫振動(dòng)；其二，聯(lián)軸器的有關(guān)圓柱面和連接螺栓孔節(jié)園不同心，當(dāng)兩串聯(lián)軸器連接后將產(chǎn)生偏心，旋轉(zhuǎn)時(shí)也要引起附加強(qiáng)迫力而產(chǎn)生振動(dòng)。以上兩類誤差引起的振動(dòng)都隨轉(zhuǎn)速而變，其頻率為轉(zhuǎn)速頻率，但也伴有一定的倍頻分量。為了減少這兩類誤差所引起的振動(dòng)，要求加工和裝

7、配后的上述誤差盡可能小，并希望控制在0.02毫米以內(nèi)。振動(dòng)故障特征及原因分析 3、機(jī)組中心不正對(duì)振動(dòng)的影響現(xiàn)場所指的機(jī)組中心狀況，實(shí)際上是指轉(zhuǎn)子找中心狀況，轉(zhuǎn)子中心不正會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這幾乎已成為普通的常識(shí)了，但是在汽輪發(fā)電機(jī)組上它所產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理，卻有不同的理解?；顒?dòng)式靠背輪在空負(fù)荷下，由于傳送的力矩很小，在一定轉(zhuǎn)子中心偏差下能自行調(diào)整，可以認(rèn)為它所產(chǎn)生的擾動(dòng)力對(duì)軸承振動(dòng)的影響很小，主要是指固定式或半固定式靠背輪而言。以下的討論均是指此種型式的靠背輪。 a)靠背輪上下開口大和上下圓周偏差大上述偏差不論多大，當(dāng)擰緊靠背輪螺栓后，轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)同心，略去螺栓緊力對(duì)轉(zhuǎn)子中心的影響，此時(shí)只影響轉(zhuǎn)子的各個(gè)軸瓦

8、載荷的分配，它本身并不直接產(chǎn)生振動(dòng)的擾動(dòng)力，只是當(dāng)軸瓦載荷改變太大時(shí)，有可能導(dǎo)致油膜振蕩（載荷過小）或使軸瓦溫度升高（載荷過大）。軸瓦載荷改變對(duì)振動(dòng)方面的另外影響是：可能會(huì)改變轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)下的撓曲和改變軸系振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，使柔性轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)發(fā)生變化。振動(dòng)故障特征及原因分析b)靠背輪左右開口和圓周左右偏差大同樣，上述偏差無論多大，當(dāng)擰緊靠背輪螺絲后，兩個(gè)轉(zhuǎn)子自然同心，略去螺絲緊力對(duì)轉(zhuǎn)子中心的影響，此時(shí)只影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，即軸頸偏移軸瓦的一側(cè)，它本身也不產(chǎn)生振動(dòng)的擾動(dòng)力，但是當(dāng)偏差太大時(shí)，會(huì)影響軸瓦的正常工作（例如軸瓦溫度的升高），也可能會(huì)引起動(dòng)靜磨擦。4、軸瓦松動(dòng)引起的振動(dòng)

9、特征軸瓦因安裝時(shí)緊力不足或經(jīng)受長期的振動(dòng)后，會(huì)產(chǎn)生在洼窩中松動(dòng)的現(xiàn)象。這不僅會(huì)造成軸承振動(dòng)（尤其是軸振動(dòng)）的增加，同時(shí)還伴有較高的噪音，其振動(dòng)和噪音的頻率相同，且為轉(zhuǎn)速的高倍頻（高次諧波共振所致），有時(shí)有咚咚的響聲，振動(dòng)不穩(wěn)定。振動(dòng)故障特征及原因分析5、轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)裂紋，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子截面被破壞了對(duì)稱性，在圓周方向就存在最大和最小兩個(gè)抗彎剛度，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周中，動(dòng)撓度會(huì)變化兩次，因此將會(huì)引起兩倍于轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)。裂紋越大，兩倍的振動(dòng)分量也越大。根據(jù)這一特征，反映在降速過程中，在1/2臨界轉(zhuǎn)速上，還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的振動(dòng)峰值。由于帶裂紋的轉(zhuǎn)子剛度特性發(fā)生變化和剛度減小，除了產(chǎn)生兩倍頻振動(dòng)分量外，一倍頻的

10、振動(dòng)分量也會(huì)有所增大，因此在通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，一倍頻的振動(dòng)峰值也會(huì)增大。此外，轉(zhuǎn)子存在裂紋時(shí)剛度減小后，必然使其共振頻率降低，所以轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速也要相應(yīng)降低。當(dāng)降低后的二階臨界轉(zhuǎn)速與兩倍的工作轉(zhuǎn)速重合時(shí)，轉(zhuǎn)子兩倍頻的振動(dòng)分量在工作轉(zhuǎn)速下將引起二階臨界轉(zhuǎn)速的共振，從而帶來裂紋迅速擴(kuò)展甚至轉(zhuǎn)子斷裂的嚴(yán)重后果。振動(dòng)故障特征及原因分析綜上所述，轉(zhuǎn)子存在裂紋時(shí)會(huì)出現(xiàn)多種振動(dòng)特征，使實(shí)際診斷轉(zhuǎn)子是否存在裂紋時(shí)的工作顯得比較復(fù)雜和困難，尤其在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋的初期。因此，加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測，及時(shí)觀察分析一、二倍頻振動(dòng)分量的變化和擴(kuò)展趨勢，特別是利用升降速過程扭矩發(fā)生變化，而使裂紋對(duì)振動(dòng)帶來較敏感的響應(yīng)這

11、一特性，都是診斷裂紋轉(zhuǎn)子的一些重要手段。6、軸承座的軸向振動(dòng)關(guān)于軸承座的軸向振動(dòng)，首先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上述我們分析的引起汽輪發(fā)電機(jī)組軸承座振動(dòng)的各種擾動(dòng)力都是徑向的，它們本身不會(huì)直接激起軸承座的軸向振動(dòng)。提起軸承座的軸向振動(dòng)，使人很容易聯(lián)想到轉(zhuǎn)軸的軸向竄動(dòng)或沿軸方向的振動(dòng)。事實(shí)上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于軸頸和軸瓦之間處于液體摩擦狀態(tài)和軸頸沿軸向運(yùn)動(dòng)速度很小，其摩擦系數(shù)很低（0.010.03），因此傳給軸承座的軸向力很小。 振動(dòng)故障特征及原因分析根據(jù)計(jì)算，一根10噸重的轉(zhuǎn)子，在3000r/min下，軸向振動(dòng)為100m時(shí)，轉(zhuǎn)子傳給軸瓦的軸向激振力僅為0.052千克力。顯然，這是一個(gè)微不足道的激振力。

12、因此可以說：轉(zhuǎn)子軸頸在油膜上沿軸方向的滑動(dòng)，幾乎沒有力量傳給軸承座，它不可能引起軸承座的軸向振動(dòng)。造成軸承座軸向振動(dòng)的原因，歸納起來有下列幾個(gè)方面：a)軸頸承力中心沿軸向周期性變化轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，由于撓曲（或永久彎曲）軸頸在軸瓦內(nèi)的油膜承力中心將跟隨轉(zhuǎn)速周期性地在軸向發(fā)生變化。如圖1-8a表示轉(zhuǎn)子在某一位置時(shí)，油膜承力中心點(diǎn)Q偏于A側(cè)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180度后（如圖1-8b），油膜承力中心點(diǎn)Q偏于B側(cè)。由于軸承座和基礎(chǔ)組成的支承系統(tǒng)都具有一定的彈性，因此在油膜承力中心點(diǎn)周期性變化的作用下，軸承座將沿某一底邊發(fā)生周期性的偏轉(zhuǎn)而振動(dòng)，軸承座連接剛度不足時(shí)，這種現(xiàn)象更為顯著。振動(dòng)故障特征及原因分析b)

13、軸承座不穩(wěn)固支承剛度不對(duì)稱如圖1-9所示，它是一個(gè)發(fā)電機(jī)的后軸承座。引起該軸承座振動(dòng)的擾動(dòng)力為C，如果軸承座左側(cè)的支承剛度小于右側(cè)，則軸承座左側(cè)垂直振幅大于右側(cè)。顯然，即使不存在油膜承力中心周期性變化這一因素，由于軸承座前后存在差別振動(dòng)，軸承座在軸向也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)分量軸向振動(dòng)，其分量沿軸承座的高度增大而加大。又由于軸承座前后差別振動(dòng)的大小與軸承垂直振動(dòng)大小直接有關(guān)，所以在現(xiàn)場常常遇到有些機(jī)組的軸承座雖然不穩(wěn)固，但降低擾動(dòng)力使軸承的垂直振幅減小后，該軸承的軸向振動(dòng)也能顯著的降低。c)激振力投影點(diǎn)與軸承座幾何中心不重合振動(dòng)故障特征及原因分析如圖1-9所示，激振力C的投影點(diǎn)O1與軸承座軸向中心O不重合

14、，盡管軸承座前后剛度相同（或穩(wěn)定性相同），但是在激振力P的作用下，左側(cè)臺(tái)板和基礎(chǔ)所承受的力要大于右側(cè)，變形亦大于右側(cè)，這就與軸承座不穩(wěn)固會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)的機(jī)理一樣，產(chǎn)生軸向偏轉(zhuǎn)，由此引起軸向振動(dòng)。 圖1-8軸頸承力中心變化引起的軸向振動(dòng) 圖1-9軸承座不穩(wěn)固引起的軸向振動(dòng)振動(dòng)故障特征及原因分析軸承座軸向共振在軸向?qū)挾容^小的發(fā)電機(jī)軸承上或勵(lì)磁機(jī)軸承上常會(huì)發(fā)生倍頻的軸向振動(dòng)。引起倍頻的激振力主要是兩極發(fā)電機(jī)的電磁激振力。當(dāng)發(fā)電機(jī)靜子剛度不足或局部共振時(shí)，靜子上會(huì)產(chǎn)生倍頻的較大振動(dòng)，而當(dāng)軸承座的軸向自振頻率恰好落入倍頻附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生較大的倍頻軸向振動(dòng)。另一種引起倍頻的激振力是轉(zhuǎn)子剛性不對(duì)稱等，其振動(dòng)

15、的特點(diǎn)是在機(jī)組3000r/min無勵(lì)磁電流的情況下，勵(lì)磁機(jī)或發(fā)電機(jī)軸承就呈現(xiàn)顯著的倍頻軸向振動(dòng)。振動(dòng)故障特征及原因分析7、動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)特征a)動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦可分為兩種類型：一種是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦部位不在轉(zhuǎn)軸本身（例如葉輪、圍帶等與靜止部分發(fā)生摩擦），另一種是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身。摩擦部位發(fā)生在葉輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，其振動(dòng)特征有時(shí)是穩(wěn)定的，在時(shí)則可能引起失穩(wěn)。如果處于穩(wěn)定狀態(tài)，反映出的振動(dòng)頻率具有很寬范圍，其振動(dòng)主峰為轉(zhuǎn)速頻率；而當(dāng)處于失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，則振動(dòng)的主要頻率成分為轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速頻率，此時(shí)振動(dòng)十分劇烈。b)摩擦部位直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身時(shí)，往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果，轉(zhuǎn)軸將產(chǎn)生熱彎曲

16、，甚至產(chǎn)生永久彎曲。振動(dòng)故障特征及原因分析由于轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦?xí)r大都形成單側(cè)摩得重的現(xiàn)象，于是使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生徑向不對(duì)稱溫差而引起熱彎曲。動(dòng)靜摩擦引起轉(zhuǎn)子熱彎曲造成的振動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)速下有不同的反映，當(dāng)轉(zhuǎn)子在第一臨界轉(zhuǎn)速以下時(shí)，振動(dòng)對(duì)動(dòng)靜摩擦最敏感。如圖1-10所示，轉(zhuǎn)子原來的不平衡量為OA，H是轉(zhuǎn)軸摩擦點(diǎn)，該點(diǎn)溫度高于對(duì)面的一側(cè)，從而在OH方向產(chǎn)生一個(gè)熱不平衡量OB，OB與OA之間的夾角 稱為滯后角，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速，則90，由此使轉(zhuǎn)子摩擦后的總不平衡量OC將大于原來的不平衡量OA,從而造成動(dòng)靜摩擦進(jìn)一步加重，轉(zhuǎn)子熱彎曲增大，使轉(zhuǎn)子新的總不平衡量再增大，形成惡性循環(huán)，轉(zhuǎn)軸被越磨擦越彎，這對(duì)

17、機(jī)組的安全運(yùn)行威脅很大，往往以被迫停機(jī)而告終。振動(dòng)故障特征及原因分析當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在第一臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，因滯后角90（見圖1-10b），摩擦后的總不平衡量OC反而減少，而且由于轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，摩擦部分很快被摩擦掉而不再發(fā)生摩擦。這種情況對(duì)機(jī)組安全的威脅較上述小得多。 圖1-10動(dòng)靜摩擦對(duì)振動(dòng)的影響振動(dòng)故障特征及原因分析當(dāng)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速而接近二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，摩擦后引起的二階不平衡分量方向與轉(zhuǎn)子上原來的二階不平衡分量方向仍為同相，其總的不平衡量將明顯增大，從而引起進(jìn)一步的摩擦。甚至使轉(zhuǎn)軸發(fā)生彎曲，所以這種情況也是危險(xiǎn)的。因此，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速在一階與二階臨界轉(zhuǎn)速之間并對(duì)振動(dòng)反映最不靈敏的一個(gè)轉(zhuǎn)速附近，轉(zhuǎn)

18、軸發(fā)生摩擦才是比較安全的。由圖1-10可見，轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦后總的不平衡量的相位是不斷后退的，因此，連續(xù)的摩擦過程就形成了振動(dòng)相位的周期性旋轉(zhuǎn)。這是轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦的又一振動(dòng)特征。振動(dòng)故障特征及原因分析8、轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動(dòng)特征轉(zhuǎn)子熱彎曲是指轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下受熱后因徑向不對(duì)稱變形而產(chǎn)生的彎曲。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲的原因很多，有轉(zhuǎn)軸的殘余內(nèi)應(yīng)力過大、材質(zhì)不均、轉(zhuǎn)子徑向溫差不對(duì)稱（由于轉(zhuǎn)子受熱不均和傳熱熱阻不對(duì)稱等有關(guān)因素引起），轉(zhuǎn)子上套裝件各臺(tái)肩之間軸向間隙不足、轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)有液體以及動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦等等。轉(zhuǎn)子熱彎曲本身所帶來的影響是產(chǎn)生不平衡離心力，從而引起與轉(zhuǎn)速同頻率的振動(dòng)。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)反映出來的一般特

19、征是：在冷態(tài)啟動(dòng)和通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)變化不明顯。但運(yùn)行一段時(shí)間或延長暖機(jī)時(shí)間，振動(dòng)就要增大。特別當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加時(shí)，振動(dòng)的增大更為明顯。停機(jī)后立即測量轉(zhuǎn)子彎曲，其彎曲值較啟動(dòng)時(shí)大，而經(jīng)過一階時(shí)間連續(xù)盤車后，彎曲值又能恢復(fù)到原始數(shù)值。振動(dòng)故障特征及原因分析轉(zhuǎn)子存在熱彎曲現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)其產(chǎn)生的原因不同，有的是可以排除的，有的則不容易排除，還有運(yùn)行若干時(shí)間之后能自行消除的。例如當(dāng)轉(zhuǎn)軸內(nèi)應(yīng)力充分釋放后。9電機(jī)電磁激振引起的振動(dòng)特征電機(jī)轉(zhuǎn)子在帶有勵(lì)磁電流的情況下，都要產(chǎn)生電磁力，其大小一般是各極均衡的。在工作時(shí)此電磁力使靜子產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的兩倍（對(duì)兩個(gè)電極而言）對(duì)轉(zhuǎn)子本身則不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但

20、靜子的振動(dòng)免不了要傳遞到軸承，所以在軸承上也能測到倍頻振動(dòng)。這種振動(dòng)由于與勵(lì)磁電流有關(guān)，故只需根據(jù)有無勵(lì)磁電流或改變勵(lì)磁電流大小就可判斷。振動(dòng)故障特征及原因分析電機(jī)轉(zhuǎn)子在帶有勵(lì)磁電流的情況下，如果轉(zhuǎn)子線圈存在匝間短路或局部對(duì)地短路，以及靜子與轉(zhuǎn)子之間空氣間隙不均勻時(shí)，都會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不均衡的電磁力，此不均衡的電磁力隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，它不僅使靜子產(chǎn)生振動(dòng)，而且使轉(zhuǎn)子本身也產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率等于轉(zhuǎn)速頻率。這種振動(dòng)由于也與勵(lì)磁電流有關(guān)，故同樣可根據(jù)勵(lì)磁電流的有無與大小來判斷。不過，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障時(shí)，往往還會(huì)引起轉(zhuǎn)子局部受熱而產(chǎn)生熱彎曲的問題，因此其振動(dòng)性質(zhì)又包括有熱彎曲的成分，即振動(dòng)大小與勵(lì)磁

21、電流大小之間存在時(shí)滯關(guān)系。振動(dòng)故障特征及原因分析10油膜振蕩的特征滑動(dòng)軸承里的潤滑油膜，在一定的條件下也能迫使油膜上的轉(zhuǎn)軸作自激振動(dòng)而產(chǎn)生油膜振蕩。油膜振蕩是轉(zhuǎn)子失穩(wěn)現(xiàn)象之一。轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時(shí)，振動(dòng)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重失穩(wěn)時(shí)，其振幅將很快發(fā)散增大，危害很大。a)油膜振蕩發(fā)生的過程及特征最典型的油膜振蕩現(xiàn)象常發(fā)生在汽輪發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)升速過程中（有時(shí)在超速試驗(yàn)中）。在失穩(wěn)轉(zhuǎn)速以前，轉(zhuǎn)動(dòng)是平穩(wěn)的。當(dāng)達(dá)到失穩(wěn)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)軸發(fā)生渦動(dòng)，振動(dòng)的頻率約為當(dāng)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速的一半，因此常把這種渦動(dòng)稱為半速渦動(dòng)。以后繼續(xù)升速，渦動(dòng)的角速度也將隨之增加，但總是保持著約等于轉(zhuǎn)速之半的比例關(guān)系。半速渦動(dòng)時(shí)振動(dòng)的幅值一般不是很大。 振動(dòng)

22、故障特征及原因分析繼續(xù)升速，當(dāng)超越第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，半速渦動(dòng)會(huì)被更劇烈的臨界共振所掩蓋，而當(dāng)越過第一臨界轉(zhuǎn)速以后，仍表現(xiàn)為半速渦動(dòng)。理論上只是當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升高到比第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，由于半速渦動(dòng)的渦動(dòng)速動(dòng)與轉(zhuǎn)軸的第一臨界轉(zhuǎn)速相重合，半速渦動(dòng)將被共振放大，而表現(xiàn)為劇烈的振動(dòng)，這就是所謂油膜振蕩。油膜振蕩時(shí)的振幅比半速渦動(dòng)大得多，轉(zhuǎn)軸的跳動(dòng)非常劇烈，甚至整個(gè)機(jī)組的所有軸承都會(huì)表現(xiàn)出異常的振動(dòng)。油膜振蕩一旦發(fā)生，轉(zhuǎn)速再繼續(xù)升高，振動(dòng)頻率便始終保持一階臨界轉(zhuǎn)速的頻率而不會(huì)再改變，共振的范圍較寬。圖1-11表示輕載軸承的失穩(wěn)過程。 振動(dòng)故障特征及原因分析油膜振蕩不同于簡單的共振，它是不能用提高轉(zhuǎn)速的

23、辦法沖過去的。油膜振蕩在升速過程中發(fā)生時(shí)的轉(zhuǎn)速，要比降速過程中消失的轉(zhuǎn)速高一些，這種慣性效應(yīng)是油膜振蕩的又一特征。圖1-11油膜振蕩轉(zhuǎn)速特征振動(dòng)故障特征及原因分析顯然，對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子和工作轉(zhuǎn)速低于兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速的撓性轉(zhuǎn)子，只可能產(chǎn)生半速渦動(dòng)。只有工作轉(zhuǎn)速高于兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速的撓性轉(zhuǎn)子，才可能發(fā)生油膜振蕩。此外，對(duì)于重載的撓性轉(zhuǎn)子，不經(jīng)過半速渦動(dòng)就直接發(fā)生劇烈的油膜振蕩。b)防止和消除油膜振蕩的主要措施現(xiàn)場消除油膜振蕩的經(jīng)驗(yàn)很多，通常都是通過改瓦來增大軸頸在軸承的偏心率。據(jù)有關(guān)資料介紹，對(duì)于圓筒瓦，理論上只要軸頸在軸承內(nèi)的偏心率大于0.8，或者當(dāng)軸頸從軸瓦最底部垂直向上浮起的高度小于軸承半徑間隙

24、的1/2時(shí)，軸頸總是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)壓潤滑理論，承載系數(shù)是和偏心率相對(duì)應(yīng)的，承載系數(shù)越大，偏心率就越大，穩(wěn)定性就好，反之則否。承載系數(shù)可以表示為：振動(dòng)故障特征及原因分析由式（1-5）可見，影響軸承穩(wěn)定的因素為：a) 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越高則承載系數(shù)越小，穩(wěn)定性就越差。b) 比壓P：比壓越大則承載系數(shù)越大，穩(wěn)定性就越好。c) 粘度：潤滑油的粘度越大，則承載系數(shù)越小，穩(wěn)定性越差。因此，在運(yùn)行機(jī)器上可適當(dāng)提高潤滑油溫度使油粘度降低或者直接更換為粘度小的透平油以提高油膜的穩(wěn)定性。d) 間隙c：軸承半徑間隙大，則承載系數(shù)大，穩(wěn)定性就越好。振動(dòng)故障特征及原因分析為了防止和消除油膜振蕩，通常是通過改

25、瓦來增大軸頸在軸承內(nèi)的偏心率，其主要措施為：加大比壓在冷態(tài)調(diào)整軸承中心時(shí)，考慮機(jī)組在運(yùn)行中各種因素對(duì)軸承中心的影響，以防止熱態(tài)下軸承負(fù)荷發(fā)生不合理的分配，使負(fù)載過小的軸承可能出現(xiàn)失穩(wěn)。 另一種加大比壓的方法是縮短軸承長度減小長徑比。現(xiàn)場的做法有兩種，一是適當(dāng)刮去軸瓦兩側(cè)烏金。國產(chǎn)第1臺(tái)N200機(jī)組在6.7軸承上采取的辦法是先在瓦的阻油邊位置烏金上補(bǔ)焊，然后在車床上加工新的阻油邊，最后用刮刀把原來的阻油邊手工刮低。二是在下瓦承壓部位開一中央溝，1臺(tái)350MW機(jī)組采用溝寬約50mm，張角70-80（見圖1-12），使比壓提高10%，從而消除了油膜振蕩。振動(dòng)故障特征及原因分析減小軸承頂部間隙。對(duì)于圓

26、筒瓦來講，就是使之成為橢圓瓦，對(duì)于橢圓瓦而言，就是進(jìn)一步增加橢圓度。圓筒瓦的頂部間隙可減小到1-1.5軸頸直徑，軸頸尺寸大的可取下限，反之取上限。對(duì)于橢圓瓦可偏于下限。圖1-12下面開溝圖示振動(dòng)故障特征及原因分析增加上瓦烏金工作面積多數(shù)圓筒瓦或橢圓瓦在上瓦中部往往開有一環(huán)形槽，使上瓦形成兩條烏金帶，起工作面的作用。而在某些機(jī)組上，這兩條烏金帶非常窄，甚至只能起到阻油邊的作用，減小頂隙的效果可能不大，因此，宜將減小頂隙與增大上瓦烏金寬度的措施結(jié)合起來。為了使加寬烏金帶后冷卻油的通流面積不變，可把變窄的中間油槽適當(dāng)加深。刮大軸瓦兩側(cè)間隙。橢圓軸承或圓筒軸承的側(cè)隙近似地就是其半徑間隙，刮大側(cè)隙的實(shí)質(zhì)

27、就是增大軸瓦的半徑間隙，刮大側(cè)隙后，軸瓦的橢圓度也將有所增加。半徑間隙增大后，軸瓦的承載系數(shù)將增大，穩(wěn)定性得以提高。振動(dòng)故障特征及原因分析在現(xiàn)場，增大側(cè)隙有時(shí)也采用下面兩種措施：a.減少軸頸和下瓦的接觸角，一般可減小到40-45。b.刮進(jìn)、出口油囊（如圖1-13）所示，在下瓦進(jìn)油側(cè)和出油側(cè)都刮舌形油囊，角應(yīng)大于60，要特別注意修刮工藝，切勿刮成如圖1-14所示的臺(tái)階狀。圖1-13刮油囊示意圖 圖1-14下瓦臺(tái)階示意圖 振動(dòng)故障特征及原因分析換用穩(wěn)定性能好的軸瓦。一般來說，橢圓瓦因?yàn)橛袃蓚€(gè)承載區(qū)，所以穩(wěn)定性較圓筒瓦為好，但承載能力較差。三油楔軸承的穩(wěn)定性比橢圓型略好或差不多?？蓛A瓦是由多個(gè)可以圍

28、繞其支點(diǎn)作微小擺動(dòng)的瓦塊所組成，根據(jù)理論分析，若不考慮瓦塊的慣性或支點(diǎn)摩擦，每塊瓦塊作用到軸頸上的油膜力總是通過軸頸中心的，不易產(chǎn)生失穩(wěn)分力，因此具有較高的穩(wěn)定性，甚至可以完全避免油膜振蕩的產(chǎn)生。國內(nèi)在處理油膜振蕩故障的實(shí)踐中，采用橢圓型軸承均取得了滿意的效果。振動(dòng)故障特征及原因分析11轉(zhuǎn)子的間隙激振間隙激振或稱汽流激振，也是一種自激振動(dòng)。是隨著高參數(shù)大容量汽輪機(jī)組的出現(xiàn)而發(fā)生的問題，已經(jīng)引起人們的重視。據(jù)資料介紹，大約在1965年，BBC公司第一次遇到汽流激振現(xiàn)象，是發(fā)生在一臺(tái)300MW汽輪機(jī)組上，其后在其它一些制造廠生產(chǎn)的多臺(tái)汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上也有發(fā)生。共同的特點(diǎn)是，當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷增加到某一負(fù)

29、荷點(diǎn)時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)急劇增大到嚴(yán)重水平，振動(dòng)的頻率等于高壓轉(zhuǎn)子最低的一個(gè)自振頻率。如果降負(fù)荷低于這個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，振動(dòng)立即減小到正常水平。對(duì)于噴嘴調(diào)節(jié)的高壓汽輪機(jī)，不穩(wěn)定的負(fù)荷點(diǎn)常與這些調(diào)節(jié)閥中某一個(gè)閥門的開度有關(guān)。振動(dòng)故障特征及原因分析 對(duì)于汽流激振的機(jī)理，分析的方法不一，以下分析兩種汽流激振的機(jī)理。a)軸封腔室內(nèi)壓力周向變化而產(chǎn)生的激振力為了便于闡明，將軸封簡化為兩個(gè)齒（見圖1-15），分別代表入口齒和出口齒。軸封腔室內(nèi)的壓力正比于腔室里的氣體量。圖1-15軸封振動(dòng)故障特征及原因分析假定轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)在平均位置，前后齒尖間隙相等，入流等于出流，腔室內(nèi)無環(huán)流發(fā)生。若出口齒間隙小于入口齒間隙，即m1m2（見圖1-15a），當(dāng)轉(zhuǎn)子作徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，出口齒通流面積的相對(duì)變化大于入口齒通流面積的相對(duì)變化，因此，流出量大