主機振動測試與

1、主機振動測試與動態(tài)分析 振動及其分類n振動振動指物體在一定位置附近的往復運動。指物體在一定位置附近的往復運動。 普遍存在于宇宙及人類生產、生活中。是電廠重要安全經(jīng)濟指標之一。 電廠中振動過大的危害電廠中振動過大的危害 （1） 減少設備的使用壽命，造成設備損壞，甚至釀成災難性事故； （2）動靜部件碰摩，使轉軸彎曲，部件及基礎損壞； （3）降低機組的機械性能和熱力性能； （4）振動及其產生的噪聲，影響運行人員身體健康和工作效率。n機組按產生振動原因主要分為強迫振動與自激振動機組按產生振動原因主要分為強迫振動與自激振動n1、強迫振動主要原因n轉子質量不平衡轉子部件脫落、雜質堆積、轉子彎曲等n中心不正

2、聯(lián)軸器同心度、晃度、聯(lián)軸器螺栓緊力不足等n支承剛度不足或結構共振n轉子膨脹受阻滑銷系統(tǒng)卡澀n動靜碰磨n磁力中心偏差大安裝時磁力中心偏裝值錯誤，造成運行中轉子軸向振動，特別是帶勵磁后n2、自激振動n油膜渦動、油膜振蕩軸系揚度調整不當，各軸瓦負荷分配不均，油膜不穩(wěn)n蒸汽激振通流間隙調整不當，沿徑向或軸向不均；長期運行隔板變形，通流間隙不均；汽輪機進汽時，調門開啟順序不合理； 單轉子的臨界轉速和振型650MW發(fā)電機轉子 n1= 604 r/minn2= 1840 r/minn3= 4651 r/min多自由度轉子有多個臨界轉速和相應的振型 多轉子軸系的臨界轉速和振型200MW汽輪發(fā)電機組軸系汽輪發(fā)電

3、機組軸系 發(fā)電機轉子型n1 =1002 r/min中壓轉子型n2 = 1470 r/min高壓轉子型n3 = 1936 r/min低壓轉子型n4 = 2014 r/min發(fā)電機轉子型n5 = 2678 r/min高壓轉子 中壓轉子 低壓轉子 發(fā)電機轉子 軸系各階振型中，一般有一個轉子起主導作用。 多轉子軸系的固有頻率和振型各種振動的頻譜圖各種振動的頻譜圖名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜振動試驗振動試驗 n 大型發(fā)電機組振動故障的誘因是多方面的，其中許多與機組運行工況有關，在對實際機組進行振動分析和診斷時，還需借助于一些運行工況調整試驗，來突出主要故障征兆，排除可疑因素，并從量化方面掌

4、握這些運行參數(shù)對機組振動狀態(tài)的影響，進而有助于對振動原因作出明確診斷。n一試驗目的：一試驗目的： 觀察機組在某些特定運行參數(shù)發(fā)生變化時，振動是如何變化的，從中找出聯(lián)系，以便確定振動原因。n二試驗方法：二試驗方法： 試驗時讓一種參數(shù)按照試驗方案所規(guī)定的要求變化，而使其他參數(shù)盡量保持不變，以測出機組振動變化的情況。n三試驗項目：三試驗項目： 現(xiàn)場常用的有以下幾種：轉速及超速試驗、負荷試驗、勵磁電流試驗、變真空試驗、變油溫試驗、變調門開啟順序試驗以及支承系統(tǒng)的外部振動特性試驗等。1轉速（含超速）試驗轉速（含超速）試驗 轉速是影響機組振動的重要因素，不僅轉子的不平衡離心力隨轉速升高而增大，而且轉子在軸

5、系臨界轉速或支承系統(tǒng)固有頻率附近運行時，振幅大幅上升。此外，轉子系統(tǒng)的自激振動存在起始轉速閾值，只有當轉速高于閾值時自激振動才會顯現(xiàn)出來。因此，轉速試驗的目的在于判別機組振動是否由轉子質量偏心所致，并且找出軸系各轉子的臨界轉速分布，工作轉速與共振轉速的接近程度、自激振動的起始轉速閾值，檢查與軸承座相連的支承系統(tǒng)(如基礎、蒸汽管等)是否存在共振。2負荷試驗負荷試驗 機組負荷改變時，汽輪機的進汽量和各級的溫度、壓力，以及轉子和聯(lián)軸器的傳遞力矩隨之而變，轉子、汽缸、軸承座等的熱狀態(tài)相應地變化。轉子及汽缸膨脹不暢和不均勻變形，改變了轉子的平衡狀態(tài)和機組的中心標高分布；活動式聯(lián)軸器的力矩載荷發(fā)生變化，改

6、變了齒輪芯軸與齒套的嚙合狀態(tài)，改變了轉子間的對中狀態(tài)。因此，通過負荷試驗來判別振動是否與機組中心、熱膨脹、聯(lián)軸器缺陷等有關。試驗分析試驗分析 n 試驗結果可能出現(xiàn)三種情況，即機組振動與負荷大小無關、振動隨負荷增大而上升、振動增長滯后于負荷增大如圖所示。 n(1)振動與負荷基本無關。振動與負荷基本無關。這種情況說明機組振動主要是由轉子不平衡引起的。n(2)負荷改變后，振動立即增大負荷改變后，振動立即增大，這種現(xiàn)象說明振動與轉子所傳遞的力矩大小有關，故障主要發(fā)生于撓性聯(lián)軸器上。n(3)振動增大滯后于負荷增大，振動增大滯后于負荷增大，這種故障大多與機組膨脹受阻或局部受熱變形有關，因為機組負荷改變時，

7、汽缸及轉子的熱狀態(tài)改變需一定的滯后時間。3.勵磁電流試驗勵磁電流試驗n 對于發(fā)電機轉子，引起機組振動的電氣方面原因主要有兩種：一是純電氣原因，如轉子線圈短路、轉子與靜子間的空氣間隙不均勻、轉子或靜子呈橢圓形等引起的不平衡電磁力；二是電氣方面引起轉子的某些部件不對稱熱變形、轉子熱彎曲等。 勵磁電流試驗的主要目的是識別發(fā)電機轉子振動是由機械原因還是電氣原因引起的，并區(qū)分電磁不平衡振動與熱彎曲振動。n (1)振動與勵磁電流同時變化。振動與勵磁電流同時變化。這種振動主要是由磁場不平衡引起的。n (2)振動滯后于發(fā)電機勵磁電流的改變振動滯后于發(fā)電機勵磁電流的改變。即當勵磁電流改變后，振動隨運行時間增長而

8、逐漸增大，到一定時間后趨于穩(wěn)定，這種現(xiàn)象表明振動與轉子的熱狀態(tài)有關，轉子或線圈受熱膨脹，引起轉子質量不平衡。 4變真空試驗變真空試驗 對于后軸承座與排汽部分連成整體的汽輪機，在凝汽器內建立真空時，大氣壓力就會將排汽部分向下壓，形成后軸承座中心下沉；排汽溫度與軸承溫度不同時，會影響軸承的原有標高，也會使軸系的中心線發(fā)生變化，從而改變了各軸承上的載荷分配，導致機組發(fā)生異常振動。真空試驗的目的就在于判別機組振動與真空及排汽溫度之間的關系。 5軸承油膜試驗軸承油膜試驗 軸承間隙過大、載荷大小失衡和供油不足、油溫不當均會使軸承內油膜失穩(wěn)，導致軸承與軸發(fā)生干摩擦，以及引起油膜渦動或油膜振蕩。進行油溫試驗時

9、，主要通過改變潤滑油的溫度和壓力，考察其對機組振動和油膜穩(wěn)定性的影響。 n 試驗中，如果測得的振動中有較高的頻率分量，并且幅值和相位均不穩(wěn)定，則振動主要是由軸承供油不足或軸承間隙過小引起的；如果振動中含有轉速一半或一階臨界轉速的分量，并且振動是在大于兩倍于一階臨轉速的某一轉速時突發(fā)性地增大，則表明振動是由油膜振蕩引起的。軸承油膜的穩(wěn)定性主要與軸承的載荷系數(shù)等有關。因此，由試驗確證振動與油膜有關時，可從改變與軸承載荷系數(shù)相關的因素著手。通常載荷增大時軸承運行趨于穩(wěn)定，故調整軸承標高、增大比壓、降低黏度 (即提高油溫)、減少軸頸長度均能擴大軸承穩(wěn)定運行范圍。此外，可改用性能良好的軸承 (如可傾瓦軸

10、承等)來提高軸承運行穩(wěn)定性。6. 連接剛度試驗連接剛度試驗 該試驗主要檢查機組的外部部件，如緊固螺栓、軸承座和基礎臺板等，是否存在松動或接觸不良，或由于熱變形和管道力使機件翹起、脫離、基礎松動等，由兩個相鄰部件的差別振動來判別部件間的連接剛度是否正常。 在軸承座各部分的連接剛度正常時，振動值沿軸承座高度降低而較平滑地減少， 如果實測發(fā)現(xiàn)兩部件間存在較大的差別振動，表明連接不良或固定螺栓松動；左右兩側對稱位置上差別振動較大，說明兩邊緊固情況不同；臺板與基礎的差別振動較大時，預示著臺板下二次灌漿不良7變調門開啟順序試驗變調門開啟順序試驗n對于高壓轉子的失穩(wěn)，在確定主要原因是來自軸承、汽封，還是由于

11、進汽使轉子上浮所致，進行改變調門開啟順序的試驗是一項有效的判別方法。目前先進的大型機組改變調門的開啟順序己無須再變動結構，只需改變控制系統(tǒng)的設置即可。 振動故障的預防對策振動故障的預防對策 n機組振動常常是多方面缺陷的集中表現(xiàn)。即使平衡品質良好的轉子，由于構成軸系后連接條件的改變，軸承標高的熱態(tài)變化，新機組基礎不均勻下沉，老機組基礎老化(特別是二次灌漿，潤滑油的浸蝕造成疏松等)，汽輪機熱態(tài)變形和膨脹不暢等原因，都破壞轉子原來的平衡狀態(tài)，使整個軸系處于不良狀態(tài)，形成了以基頻為主兼其它倍頻成分的振動。此類振動占了整個振動機組中的很大比例。n振動問題涉及到設計、制造、安裝、運行等多個方面。而設計、制

12、造方面的缺陷屬設計院和制造廠需要解決的問題。對發(fā)電廠來說，認真做好檢修、運行和振動監(jiān)控三方面的工作，就可以大大減少振動故障的發(fā)生。n運行人員必須遵守運行規(guī)程，一切操作要按規(guī)程的規(guī)定操作。檢修人員在大修時，要嚴格按照規(guī)程規(guī)定的項目進行，確保檢修質量，消除設備隱患。 1.檢修中預防振動的對策檢修中預防振動的對策 n安裝和檢修對機組振動的影響非常大，現(xiàn)場很多機組的振動過大都是由于安裝和檢修不當引起的，或者說機組的振動很多時候都是可以通過安裝或檢修來解決的。眾所周知，機器的振動實質上是軸系激振力與支撐部分可承受能力之間的對立統(tǒng)一。在線性系統(tǒng)中，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與它的動剛度成

13、反比，可用下式表示：n A=n n 式中：A-振幅；n P-激振力；n Kd-部件動剛度，它表示部件產生單位振幅(位移)所需的交變力。n顯然，軸系各轉子的檢修工作就會影響轉子上的激振力，軸承座、臺板和基礎的檢修工作就會對支承剛度有影響。安裝、檢修后機組振動反而變大的原因有三個方面：一是裝配不良引起轉子不平衡，特別是發(fā)電機的不平衡。發(fā)電機轉子結構復雜，附加部件多，質量重，對不平衡振動影響大。以護環(huán)套裝為例，運行中的發(fā)電機轉子護環(huán)部分受力十分復雜，除了承受自重離心力和附加部件離心力外，還承受護環(huán)套裝偏斜和緊力不均引起的附加應力，使轉軸產生彎曲應力，發(fā)生彈性彎曲，最終導致發(fā)電機轉子的一階不平衡。這種

14、情況在護環(huán)套裝時經(jīng)常發(fā)生。二是在多跨轉子系統(tǒng)中，軸系聯(lián)接不佳（包括聯(lián)軸器圓周晃度和端面瓢偏超標）引起振動。三是框架結構產生不均勻下沉。下面著重介紹現(xiàn)場檢修工作對機組振動有明顯影響的幾個方面。dKPn1.1.軸承座的穩(wěn)固性軸承座的穩(wěn)固性n1.2.機組中心和軸承標高機組中心和軸承標高n1.3.軸承的影響軸承的影響n1.4.滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng)n1.5.動靜間隙動靜間隙 2.運行中預防振動的對策運行中預防振動的對策汽輪機起動前汽輪機起動前 n(1)測量轉子晃動值和相位測量轉子晃動值和相位n(2)防止過大的缸體熱變形防止過大的缸體熱變形n n(3)正確的連續(xù)盤車時間正確的連續(xù)盤車時間n(4)選擇正確的軸封

15、供汽選擇正確的軸封供汽 機組正常運行時，注意監(jiān)視缸溫和主汽溫度的變化機組正常運行時，注意監(jiān)視缸溫和主汽溫度的變化 n在機組運行中，如果發(fā)現(xiàn)上、下缸溫差增大或主蒸汽溫度下降的趨勢，應及時調整。主蒸汽溫度下降太快是過水的征兆，不但增加熱應力，而且也可能引起劇烈的熱變形，將導致動、靜部分摩擦與轉子永久性彎曲。防止轉軸發(fā)生徑向碰磨防止轉軸發(fā)生徑向碰磨 n在臨界轉速前發(fā)生碰摩主要是動靜間隙不當，特別是軸封部位，其振動特征是在同一轉速下振動幅值劇烈增加，相位也有較大變化。由于摩擦振動具有自激效應，對在此期間發(fā)生的振動劇增應停機分析。在過臨界轉速時，最主要是防止彎曲振動過大引起的碰摩。工作轉速和帶負荷后，主

16、要是防汽缸變形造成動靜碰摩，氫冷發(fā)電機密封瓦摩擦等。這時的振動特征是幅值爬升，這種振動增加軸對不平衡的敏感性，一旦有外界干擾，振動就會超標，甚至有時減負荷也不奏效。n1.防止上下缸溫差過大。這是機組運行和啟動中最容易發(fā)生的故障，而且在啟動和運行中隨時都可能發(fā)生，所以凡是上下缸溫度測點誤差過大或損壞的機組不容許啟動。n2. 沖轉時避免轉子殘留熱彎曲。目前投運的新機高壓轉子一階臨界轉速下軸瓦振動一般小于50m，軸振小于120m；但有些新機和舊機，其臨界轉速下軸瓦振動超過100m。轉子在一階臨界轉速下轉子中部撓曲和振動將幾倍和十多倍于這個振幅值，因此很容易造成徑向碰磨。為此，應減少轉子一階不平衡量。

17、n3.防止汽輪機高壓轉子與水接觸。及時開啟汽缸，軸封，主蒸汽管，抽汽管上的疏水閥，不要過早地關閉這些閥，在機組啟動中應防止疏水管不暢或堵塞。 大機組的調門控制方式大機組的調門控制方式 n國產大機組尤其東汽廠生產的300 MW機組，在運行過程中不少機組出現(xiàn)1、2軸振動偏大的現(xiàn)象。頻譜分析發(fā)現(xiàn)，當振動發(fā)生時，振動明顯存在半頻分量。采用改變機組調門的控制方式可以控制機組的振動。其振動原因可作如下分析：由于蒸汽汽流的不均衡作用力，造成1軸承負荷較輕而2軸承負荷較重的情況，再加上軸承的穩(wěn)定性不是太好，于是在外界因素的影響下機組很容易發(fā)生振動異常。如果將調門的控制方式由順序閥控制改為單閥控制，則可以避免3

18、號調門開啟而4號調門未開時給轉子施加的向上的作用力，而正是這個作用力使1軸承的負荷較輕引起轉子振動。 3.2.振動的技術管理振動的技術管理 n1.相關資料的搜集相關資料的搜集n1.1設備資料的搜集設備資料的搜集n如軸承結構及臨界轉速，軸瓦型式及失穩(wěn)轉速，動平衡加重位置和出廠時動平衡情況，軸承振動及金屬溫度限值、汽缸支承和滑銷系統(tǒng)、發(fā)電機和勵磁機的有關資料、振動測量系統(tǒng)的技術性能等。 ，n1.2安裝和檢修資料安裝和檢修資料:n如基礎沉降、汽缸及軸承座水平揚度、汽缸及軸承負荷分配、各部滑銷間隙、軸瓦間隙及緊力、油擋間隙、軸頸橢園度及不柱度、軸的原始彎曲、推力盤端面瓢偏、軸頸楊度，剛性或半撓牲聯(lián)軸器

19、端面瓤偏、各轉子聯(lián)軸器找中心惰況、汽封間隙及通流部分間隙等。n1.3調試和運行資料調試和運行資料:n如大軸原始晃度、起動和帶負荷時軸和軸承的振動值、各階臨界轉速實測值和過臨界時最大振動值、各軸承的烏金溫度及回油溫度、各軸瓦的頂軸油壓(代表油膜壓力)、盤車電流及電流擺動值、汽輪機各部分金屬溫度及膨脹值、軸向位移及差脹值，汽輪機惰走曲線等。還要搜集和記錄與振動有關的事故情況，振動超標及處理惰況。n4振動評價準則振動評價準則n4.1振動的評價準則及限值應按制造廠的規(guī)定來確定。 n4.2如果制造廠未明確規(guī)定，可按國標確定穩(wěn)定運行時的各振動限制界限的最大振動值。n4.3振動在報警狀態(tài)下，機組可運行一段時

20、期，但應加強監(jiān)視和采取措施。停機值的放寬應當慎重，由廠總工程師核準，并應報告主管局。n4.4機組在起動過程和過臨界轉速時的振動限值，可根據(jù)制造廠規(guī)定、同類機組運行經(jīng)驗、本機組的運行歷史和設備狀況等綜合考慮，該振動限值須經(jīng)電廠總工程師批準。n5.故障診斷故障診斷n5.1當機組振動不合格時，電力試驗研究所(院)應協(xié)同電廠對故障原因進行診斷。根據(jù)機組運行中振動變化特點及頻譜分析結果，可選擇一些運行參數(shù)(如轉速、負荷、勵磁電流、真空、潤滑油溫等)進行測試，分析機組振動與運行參數(shù)的關系，并根據(jù)分析的結果提出處理意見。n5.2如果機組振動的幅值是合格的，但變化量超過報警值的25，不論是振動變大或變小都要引

21、起注意。特別是振動變化較大、變化教快的惰況下，要對振動信號進行頻譜分析及檢查機組運行工況參數(shù)是否有變化。n5.3在故障診斷進行振動試驗或處理振動(如現(xiàn)場高速動平衡)時，在確保不損壞設備和嚴密監(jiān)視的情況下，經(jīng)過電廠總工程師批準，振動的停機限值可適當放寬。 機械振動產生的原因機械振動產生的原因n造成大機組振動故障的原因很多，但故障來源和主因主要有以下四個方面：n1.設計、制造方面：設計、制造方面：設計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動和自激振動。結構不合理，有應力集中。工作轉速接近或落入臨界轉速。工作點接近或落入非穩(wěn)定區(qū)。零部件加工或制造不良，精度不夠。零件材質不良，強度不夠，有制造缺陷。轉子

22、動平衡不符合技術要求。n2.安裝維修方面：安裝維修方面：機器安裝不當，零部件錯位，預負荷大。軸系對中不良（考慮熱態(tài)下的對中補償量有偏差）。機器的幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調整不當。管道應力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度。轉子長期放置不當，破壞了動平衡精度。安裝維修過程中破壞了機器原有的配合性質和精度。n3.運行操作方面：運行操作方面：機器在非設計狀態(tài)下運行（如低負荷或超負荷運行），改變了機組的工作特性。潤滑或冷卻不良。局部損壞或結垢。壓力、溫度或流量等參數(shù)不當，機組運行失穩(wěn)。啟動、停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻，或在臨界區(qū)停留時間長。n4.機組劣化

23、：機組劣化：長期運行，轉子撓度增大。旋轉體局部損壞、脫落或產生裂紋。零部件磨損、沖刷、點蝕或腐蝕等。配合面受力劣化，產生過盈不足或松動現(xiàn)象，破壞了配合性質和精度。機器基礎沉降不均勻，殼體變形等。振動故障診斷程序振動故障診斷程序 n在實際運行中，機組產生振動的原因是多樣的。振動故障診斷的過程類似于醫(yī)生對患者的診治。現(xiàn)場振動診斷大多是逆向推理的過程。其步驟可簡要歸納為：振動測試及數(shù)據(jù)處理；根據(jù)振動的主頻率確定振動類別；確定激振力的來源及性質；確定產生振動的具體原因；驗證性試驗。強迫振動故障類 轉子不平衡故障的特征轉子不平衡故障的特征n振幅隨轉速變化而變化，過臨界轉速有共振峰n相位隨轉速變化而變化，

24、過臨界轉速時變化大n振動1X頻率為主n波形為簡諧波，少毛刺。n軸心軌跡為圓或橢圓。n軸向振動不大。轉子不平衡的類型轉子不平衡的類型自激振動故障類（失穩(wěn)振動類）造成失穩(wěn)的因素造成失穩(wěn)的因素n滑動軸承的油膜力n密封中的流體力n定、轉子間徑向間隙不均勻n轉軸的材料內阻和結構內阻n轉子內腔部分充液n轉子和定子的碰摩n轉子質量和剛性在各徑向不對稱失穩(wěn)的危害失穩(wěn)的危害n突發(fā)性一般無明顯的先兆。n失穩(wěn)運動一般規(guī)模很大。n低周渦動，轉軸受交變應力。引起疲勞破壞。油膜軸承工作原理油膜軸承工作原理oo1eW發(fā)散楔收斂楔最小油膜間隙最大油膜間隙油膜壓力分布油膜渦動的波形和軸心軌跡油膜渦動的波形和軸心軌跡 渦動頻率約

25、為轉子轉速的一半，并隨轉速變化。 渦動方向為正向進動。軸心軌跡出現(xiàn)雙內環(huán)。 渦動的幅度并不很大。 油膜振蕩的波形和軸心軌跡油膜振蕩的波形和軸心軌跡 到達閾速時突然發(fā)生，幅度一般很大。 渦動頻率鎖定在轉子的固有頻率，不再隨轉速變化。 渦動方向為正向進動。軸心軌跡為多重橢圓。 一旦發(fā)生不易消失，有慣性效應 。油膜振蕩的防治措施油膜振蕩的防治措施 臨時措施臨時措施 增加油溫。 更換粘度較低的油。 減小軸承的寬度，以增 加比壓。 抬高失穩(wěn)軸承的標高，增加軸承的負載。 減小軸承的間隙。 根本措施根本措施 改變軸瓦的結構。 增加預負荷，開油槽，改變供油方式等 改用穩(wěn)定性較好的軸承。 橢圓瓦多油葉瓦多油楔瓦可傾瓦 改變轉子結構，將其臨界轉速提高到工作轉速的一半以上。 汽流激振故障機理汽流激振故障機理 （1）葉頂間隙激振力）葉頂間隙激振力 間隙不均，動葉氣動力不等，形成渦動激振力，如圖。（2）汽封蒸汽激振力）汽封蒸汽激振力 動葉頂部汽封中蒸汽受擠壓而對轉子產生反作用力，從而對轉子產生蒸汽激振力；同樣在隔板汽封及軸端汽封中也存在蒸汽激振