機(jī)組振動基礎(chǔ)知識的講解

1、機(jī)組振動一、 基本概念1 振動：物體偏離平衡位置，出現(xiàn)動能和位能的連續(xù)相互轉(zhuǎn)換的往復(fù)運(yùn)動形式稱振動。受一次沖擊力產(chǎn)生的振動自由振動：受周期性的變化力產(chǎn)生的振動受迫振動。2 振動的描述：振幅；頻率；相位；方向。3 振幅：單向振幅振動極限位置與平衡位置之間的距離；雙向振幅振動兩極限位置之間的距離，也稱峰峰值；4 頻率：每一秒鐘振動的次數(shù)；通頻最大振幅的振動頻率；基頻振幅最大的正弦振動頻率；分頻某一振動中各種正弦振動的頻率5 相位：振動信號最大值與轉(zhuǎn)子謀一點(diǎn)的相對位置；6 方向：橫向；軸向；扭轉(zhuǎn)。二、 機(jī)組產(chǎn)生振動的原因機(jī)組轉(zhuǎn)子受周期性的不平衡力產(chǎn)生受迫振動，產(chǎn)生不平衡力的原因很多,按力的性質(zhì)可分為

2、：1 不平衡離心力轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心不重合產(chǎn)生的不平衡離心力或不平衡力矩，周期性變化；2 發(fā)電機(jī)不平衡的電磁力轉(zhuǎn)子磁場與靜子磁場間不平衡作用力；3 軸承油膜不平衡的作用力4 蒸汽對轉(zhuǎn)子作用的不平衡周向力受迫振動的特點(diǎn)是：振幅大小與激振力成正比；振動頻率等于激振力的頻率；振動相位于激振力的相位有關(guān)；作用在轉(zhuǎn)子上的不平衡力或力矩，不可能完全消除，只能設(shè)法減小。因此，機(jī)組的振動不可避免，只要振幅不超過允許值，不影響安全運(yùn)行。但軸承支撐剛度不足，可能使振幅放大，原來合格的振動變?yōu)椴缓细?。一般廠家保證：額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時，軸承座的雙振幅值不大于0.025mm，軸頸相對振動的雙振幅值不大于0.076

3、mm；在通過臨界轉(zhuǎn)速時，各軸承座雙振幅值不大于0.08mm，各軸頸相對振動雙振幅值不大于0.24mm。若出現(xiàn)異常振動，表明存在機(jī)械故障，影響安全運(yùn)行。三、 機(jī)組振動的危害1動靜部分摩擦、轉(zhuǎn)子彎曲；2軸承磨損，軸承脫胎；軸承座緊固螺釘松動；3凝汽器管束和主油泵零件損壞。4發(fā)電機(jī)振動過大，滑環(huán)和電刷磨損加劇，靜子槽楔松動、絕緣磨損。四、 機(jī)組振動的測量無法測量直接轉(zhuǎn)子的最大振幅過去測量軸承座的振動振幅。雖然軸承座的振動與轉(zhuǎn)子的振動成比例，但受軸承座剛度的影響，不能真實(shí)地反映轉(zhuǎn)子的振動狀況?，F(xiàn)在機(jī)組采用渦流位移傳感器測量軸頸相對軸承座的振動和軸承座的振動。測量軸頸相對振動的振幅會出現(xiàn)機(jī)械偏差，即軸頸

4、圓周表面的橢圓度、偏心率、剩磁，或材質(zhì)不均等引起的偏差。一般可以通過扣除偏心率的方法修正，但對彈性熱彎曲引起的誤差無法估量。五、 機(jī)組振動的評價1 以振幅大小評價對3000rpm機(jī)組：軸頸相對振動的振幅：0.08mm，正常；0.120.16mm，合格：0.180.26mm，限時運(yùn)行。一般：0.12mm，報警；0.24mm，跳閘。軸承座的振幅：0.03mm，正常；0.05mm，合格；0.08mm，限時運(yùn)行。一般：0.05mm，軸頸的絕對振動的振幅是軸頸相對振動振幅和軸承座振幅的矢量和。軸頸絕對振幅0.1mm，正常；0.150.2mm，合格：0.250.32mm，限時運(yùn)行。2 以振動速度大小評價振

5、動強(qiáng)度，單位：mm/S。振動速度與振動的振幅和頻率成比例，由于測量的是通頻振動，因此要進(jìn)行頻譜分析，求出各分頻的振動，再求各分頻振動速度的均方根。振動強(qiáng)度的評價方法，由于需要頻譜分析和計算，只有在檢測系統(tǒng)直接給出振動速度，才能作為評價標(biāo)準(zhǔn)。六、 振動故障的診斷振動故障的診斷，要找出振動的特點(diǎn)和觀察有關(guān)現(xiàn)象，進(jìn)行分析，判斷產(chǎn)生振動的原因和部位，決定相應(yīng)的消除異常振動的方法。一般要作轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，負(fù)荷試驗(yàn)，真空試驗(yàn)，進(jìn)行振動的頻譜分析。獲得機(jī)組振動的特性振幅、頻率、相位的變化規(guī)律。1 不平衡質(zhì)量力激起的振動特點(diǎn)機(jī)械激振力引起強(qiáng)迫振動：轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡、轉(zhuǎn)子撓曲、轉(zhuǎn)子連接和對中心的缺陷；動靜部分摩擦；鉚

6、接圍帶脫落、葉片斷裂。1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡:振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比；通過臨界轉(zhuǎn)速時振動明顯加劇；最大振幅相位隨轉(zhuǎn)速變化而變化。通過臨界轉(zhuǎn)速時振幅明顯加大；每一次的相位相對固定，通過臨界轉(zhuǎn)速前后相位變化換向。（圖）AAem2POem2O1kA轉(zhuǎn)子重量mg產(chǎn)生靜繞度Y0，形成彈性恢復(fù)力kY0，kY0=mg，方向相反，相互平衡，轉(zhuǎn)子繞靜橈度曲線旋轉(zhuǎn)。若轉(zhuǎn)子有不平衡質(zhì)量力em2，在旋轉(zhuǎn)時與重力mg合成一個周期性變化的作用力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生受迫振動，而振動又產(chǎn)生阻尼力A。質(zhì)量力em2和阻尼力A的合力P與重力合成周期性變化的力，激起轉(zhuǎn)子振動（彈性恢復(fù)力kh變化），振幅為A（h變化的測量值），其最大值的相位與不平

7、衡質(zhì)量力的夾角。隨著轉(zhuǎn)速增加，em2增大與轉(zhuǎn)速平方成正比，而A增加的速率與3成正比，大于em2的速率，故隨轉(zhuǎn)速贈加，振幅A增大,夾角也相應(yīng)增大；振動頻率與轉(zhuǎn)速一致。轉(zhuǎn)速趨近臨界轉(zhuǎn)速時，振動頻率與轉(zhuǎn)子自振頻率趨向一致,形成共振,振幅A最大，夾角趨近90°(是平衡加重位置的依據(jù))。轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速，夾角大于90°，最大振幅的相位（合成力的相位）與質(zhì)量偏心的相位逐漸反向，合成力逐漸減小，振幅A逐漸減小。2）轉(zhuǎn)子彎曲：造成質(zhì)量偏心,其振動特點(diǎn)與質(zhì)量不平衡相似,但振幅與彎曲的繞度大小有關(guān),轉(zhuǎn)子晃度變化（增大）；臨界轉(zhuǎn)速下振幅的相位與晃度的相位有關(guān)。若發(fā)生摩擦?xí)r,振動波形中有高次諧波；

8、 3）轉(zhuǎn)子對中不良；轉(zhuǎn)子找中心是保證運(yùn)行時，其中心線是一條連續(xù)光滑的自然垂弧。對中不良是指“兩聯(lián)軸節(jié)中心錯位，或其端面張口不合適”。對于通過止口連接的聯(lián)軸節(jié)，只要止口同心，可以保證中心不錯位，但要考慮其兩側(cè)軸承座在運(yùn)行中標(biāo)高變化是否一致。其端面張口是在端面垂直于中心線的前提下，考慮運(yùn)行中軸承座標(biāo)高的變化。若兩側(cè)軸承座在運(yùn)行中標(biāo)高增加，安裝時則留下張口；反之，則留上張口。若兩側(cè)軸承座在運(yùn)行中標(biāo)高變化不一致，安裝時則預(yù)留適當(dāng)?shù)闹行腻e位。轉(zhuǎn)子對中不良，運(yùn)行時，其中心線不是一條連續(xù)光滑的自然垂弧，其特點(diǎn)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量靜不平衡的振動相同。 中心錯位 上張口 下張口本機(jī)組轉(zhuǎn)子采用單軸承支撐，且各軸承座落地，運(yùn)

9、行中軸承中心基本不變。安裝找中心時不必留張口和中心錯位，運(yùn)行的穩(wěn)定性也較好。2 電磁不平衡力激起的振動特點(diǎn)電磁激振力引起的強(qiáng)迫振動：轉(zhuǎn)子線圈匝間短路，磁場偏心；轉(zhuǎn)子和定子徑向間隙不均勻；定子鐵芯在磁力作用下發(fā)生激烈的振動，改變轉(zhuǎn)子和定子徑向間隙；電磁不平衡力產(chǎn)生的振動，在機(jī)組并網(wǎng)后才會產(chǎn)生，振幅隨勵磁電流的增加而增大。1）轉(zhuǎn)子線圈匝間短路，轉(zhuǎn)子磁場偏心，振動頻率與轉(zhuǎn)速一致，電壓波形零線偏移；AIVNS2）轉(zhuǎn)子相對靜子幾何偏心，對3000rpm機(jī)組，振動的頻率為工頻的兩倍；3）轉(zhuǎn)子風(fēng)道阻力不均,產(chǎn)生熱彎曲而引起的振動。振幅也隨勵磁電流的增大而增大，且振幅的變化滯后于勵磁電流的變化（熱量傳遞），振

10、動頻率為工頻；4）發(fā)電機(jī)靜子剛度不足：周期性變化的電磁力，激起靜子振動，改變周向間隙，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生耦合振動，振動的頻率是工頻的兩倍，但靜子的振幅較大。3 軸承油膜振蕩的特點(diǎn)1） 原因：在圓筒軸承輕載、軸頸表面線速度高的條件下，油膜對軸頸的作用力大于軸頸重力和科氏力的合力，使軸頸向上浮動，產(chǎn)生弓形渦動，渦動的頻率為轉(zhuǎn)速的1/2。若渦動的頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速合拍，形成油膜振蕩。多油楔可傾瓦軸承一般不會出現(xiàn)油膜振蕩。2） 特點(diǎn)：升速過程中振動含有1/2轉(zhuǎn)速的分量，在轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速兩倍時，突然出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，振動頻率等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，且在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振幅和頻率不隨轉(zhuǎn)速的升高而改變；油溫升高，振幅減

11、小或正常。3） 處理：適當(dāng)提高軸承進(jìn)油溫度；改變軸瓦長度或垂直間隙；采用多油楔可傾瓦軸承（承載能力較?。?。pP0P02mgmgP0eeOoopP0mgo4 汽流激振的特點(diǎn)汽流自激振蕩引起的振動：由于調(diào)節(jié)閥開啟，或汽封間隙不對稱，周期性的不平衡蒸汽力誘發(fā)的共振，振動頻率與某一階臨界轉(zhuǎn)速一致。只可能發(fā)生在大功率汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子，且在負(fù)荷達(dá)一定值產(chǎn)生，降低負(fù)荷，振動消失。5 軸承支撐剛度削弱，振動被放大，或使轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速降低，落入共振；支撐剛度不足的振動：軸承振幅沿垂直方向隨標(biāo)高逐漸增大，且在剛度削弱處振幅突變；其振動特性與激起振動的原因有關(guān)。七、 異常振動的防止和處理1. 消除異常振動產(chǎn)生的隱患1

12、）精心安裝和檢修，保證質(zhì)量： 臺板標(biāo)高正確，接觸良好；管道連接受力符合要求；保證機(jī)組膨脹自如，支撐剛度合格。 消除葉片葉根松動；清除葉片積垢； 轉(zhuǎn)子找中心、隔板找中心和汽封間隙調(diào)整符合要求；考慮軸承座標(biāo)高實(shí)際變化和轉(zhuǎn)子告訴旋轉(zhuǎn)時軸心偏移，保證運(yùn)行中滿足轉(zhuǎn)子自然垂弧的要求，動、靜部分同心。 調(diào)整軸承間隙和緊力符合要求，墊塊接觸合格。 必要時進(jìn)行高速動平衡。2）嚴(yán)格按規(guī)程要求啟動運(yùn)行 機(jī)組沖轉(zhuǎn)前按要求連續(xù)盤車直軸，使偏心率符合啟動要求； 控制潤滑油溫、油壓和凝汽器真空、排汽溫度符合啟動、運(yùn)行要求； 15%以下加強(qiáng)疏水，防止汽輪機(jī)進(jìn)水或進(jìn)冷汽。 停機(jī)后連續(xù)盤車，至少要間斷盤車；無法盤車，只有等待。2

13、異常振動的處理在升速中速范圍（非臨界轉(zhuǎn)速）內(nèi)，任一軸承振幅達(dá)0.04mm，不允許繼續(xù)升速；升速過程產(chǎn)生異常振動，應(yīng)立即降速至振幅的允許范圍進(jìn)行暖機(jī)，直至連續(xù)盤車。查明原因，消除后，才允許升速。 在帶負(fù)荷運(yùn)行時，產(chǎn)生異常振動，應(yīng)立即降負(fù)荷；仍不能消除異常振動，則解列降速暖機(jī)，直至盤車狀態(tài)，或直接打閘停機(jī)。 無論機(jī)組處于何種運(yùn)行狀態(tài)，在振動異常之前或之后機(jī)組內(nèi)有金屬撞擊聲或摩擦聲，應(yīng)立即破壞真空緊急停機(jī)，進(jìn)行連續(xù)或間斷盤車。3異常振動原因診斷1）按異常振動出現(xiàn)的階段 在升速階段異常振動原因：不平衡離心力或力矩隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律其他特征； 油膜振蕩兩倍臨界轉(zhuǎn)速左右突然產(chǎn)生異常振動。 帶負(fù)荷階段異常振動

14、原因： 發(fā)電機(jī)不平衡電磁力與負(fù)荷（勵磁電流）關(guān)系振動頻率； 轉(zhuǎn)子熱彎曲 高壓缸、高負(fù)荷頻率（某一臨界轉(zhuǎn)速）汽流激振；2）按異常振動特性振幅、頻率、相位和其他特征 依據(jù)前述各種原因引起振動的特點(diǎn)，對照分析。3）故障診斷系統(tǒng)振動數(shù)據(jù)測量（每個振動周期測32個振幅數(shù)據(jù)）進(jìn)行頻譜分析邏輯運(yùn)算（模糊運(yùn)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)）振動原因、部位處理措施。4. 消除振動的措施按診斷的缺陷進(jìn)行消除 1）轉(zhuǎn)子彎曲盤車直軸無效大修直軸（應(yīng)力松弛法）；2）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡檢查、清除積垢高速動平衡（多次）；3）轉(zhuǎn)子找中心不良調(diào)整軸承中心標(biāo)高，改變張口和中心錯位（難）；4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路大修換線棒；5）發(fā)電機(jī)磁隙周向不均

15、調(diào)靜子位置（保持轉(zhuǎn)子位置）；6）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)道積灰小修清除；7）油膜振蕩適當(dāng)提高潤滑油溫若無效，停機(jī)，小修加寬回油槽；8）汽流激振改變調(diào)節(jié)閥開啟順序若無效，停機(jī)，大修調(diào)汽封間隙；八、 異常振動處理實(shí)例1 平圩電廠2號機(jī)（亞臨界600MW）1992年7月22日首次啟動沖轉(zhuǎn)，發(fā)出異常振動。測得振動最大振幅：軸承號56781011轉(zhuǎn)速rpm256026502679276018401920振幅mm0.290.280.140.280.450.28診斷為：軸系對中不良，動不平衡。找中心調(diào)整，歷時40天；找平衡配重8次，歷時15天；除10號軸承軸頸0.09mm外，其余均小于0.076mm，正常。2 綏電一期

16、俄羅斯800 MW五缸六排汽機(jī)組，400 MW由單閥調(diào)節(jié)（四閥同步開啟）切換為順序閥調(diào)節(jié)（1、2閥全開，逐步開3閥，再開4閥）。2000年五月九日，負(fù)荷在650700 MW，1瓦突然出現(xiàn)異常振動，0.0150.05mm,主要分頻：2122Hz，后波及其他軸瓦，測量結(jié)果如下：軸承號1234567891011121314油膜壓力MPa1.022.021.892.502.682.532.242.662.411.712.863.30回油油溫5248505354635457566263585052水平振幅mm.032.036.035.016.036.035.024.049.050.039.045.022

17、.027.041垂直振幅mm.049.029.032.022.014.023.016.012.030.019.035.018.024.042軸承解體：1瓦有磨損，2、6瓦塊與洼窩有0.1150.12mm的間隙。修括阻油邊、補(bǔ)焊消除間隙，再次啟動，振動未仍正常。后改變調(diào)節(jié)閥開啟順序，振動合格。3 哈電三廠4號機(jī)（亞臨界600MW）1999年10月21日首次啟動，1820rpm，11號軸頸振幅0.39mm；21602280rpm，5、6、7、8號軸頸Y向振幅較大，7號達(dá)0.27mm;3000rpm，它們振幅仍較大，而且X向的振幅更大，波動達(dá)0.04mm。超速試驗(yàn)3180時，7號最大振幅達(dá)0.5mm，轉(zhuǎn)速再升后減小。7號 瓦嚴(yán)重磨損，頂軸油管斷裂；測振探頭支架固有頻率為5053Hz，出現(xiàn)共振，造成測量誤差；重新找中心，振動基本合格。4 漢川電廠1號機(jī)（亞臨界300MW）勵磁機(jī)3000rpm