機組振動基礎知識的講解

1、機組振動一、 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)相互轉換的往復運動形式稱振動。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子謀一點的相對位置；6 方向：橫向；軸向；扭轉。二、 機組產(chǎn)生振動的原因機組轉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 不平衡離心力轉子的質(zhì)量中心與回轉中心不重合產(chǎn)生的不平衡離心力或不平衡力矩，周期性變化；2 發(fā)電機不平衡的電磁力轉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 蒸汽對轉子作用的不平衡周向力受迫振動的特點是：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；作用在轉子上的不平衡力或力矩，不可能完全消除，只能設法減小。因此，機組的振動不可避免，只要振幅不超過允許值，不影響安全運行。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：額定轉速穩(wěn)定運行時，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，表明存在機械故障，影響安全運行。三、 機組振動的危害1動靜部分摩擦、轉子彎曲；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、 機組振動的測量無法測量直接轉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子的振動成比例，但受軸承座剛度的影響，不能真實地反映轉子的振動狀況。現(xiàn)在機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、 機組振動的評價1 以振幅大小評價對3000rpm機組：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，限時運行。2 以振動速度大小評價振

5、動強度，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，才能作為評價標準。六、 振動故障的診斷振動故障的診斷，要找出振動的特點和觀察有關現(xiàn)象，進行分析，判斷產(chǎn)生振動的原因和部位，決定相應的消除異常振動的方法。一般要作轉速試驗，負荷試驗，真空試驗，進行振動的頻譜分析。獲得機組振動的特性振幅、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機械激振力引起強迫振動：轉子質(zhì)量的不平衡、轉子撓曲、轉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）轉子質(zhì)量不平衡:振幅與轉速的平方成正比；通過臨界轉速時振動明顯加劇；最大振幅相位隨轉速變化而變化。通過臨界轉速時振幅明顯加大；每一次的相位相對固定，通過臨界轉速前后相位變化換向。（圖）AAem2POem2O1kA轉子重量mg產(chǎn)生靜繞度Y0，形成彈性恢復力kY0，kY0=mg，方向相反，相互平衡，轉子繞靜橈度曲線旋轉。若轉子有不平衡質(zhì)量力em2，在旋轉時與重力mg合成一個周期性變化的作用力，使轉子產(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，激起轉子振動（彈性恢復力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。隨著轉速增加，em2增大與轉速平方成正比，而A增加的速率與3成正比，大于em2的速率，故隨轉速贈加，振幅A增大,夾角也相應增大；振動頻率與轉速一致。轉速趨近臨界轉速時，振動頻率與轉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))。轉速超過臨界轉速，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）轉子彎曲：造成質(zhì)量偏心,其振動特點與質(zhì)量不平衡相似,但振幅與彎曲的繞度大小有關,轉子晃度變化（增大）；臨界轉速下振幅的相位與晃度的相位有關。若發(fā)生摩擦時,振動波形中有高次諧波；

8、 3）轉子對中不良；轉子找中心是保證運行時，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，但要考慮其兩側軸承座在運行中標高變化是否一致。其端面張口是在端面垂直于中心線的前提下，考慮運行中軸承座標高的變化。若兩側軸承座在運行中標高增加，安裝時則留下張口；反之，則留上張口。若兩側軸承座在運行中標高變化不一致，安裝時則預留適當?shù)闹行腻e位。轉子對中不良，運行時，其中心線不是一條連續(xù)光滑的自然垂弧，其特點與轉子質(zhì)量靜不平衡的振動相同。 中心錯位 上張口 下張口本機組轉子采用單軸承支撐，且各軸承座落地，運

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，運行的穩(wěn)定性也較好。2 電磁不平衡力激起的振動特點電磁激振力引起的強迫振動：轉子線圈匝間短路，磁場偏心；轉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，改變轉子和定子徑向間隙；電磁不平衡力產(chǎn)生的振動，在機組并網(wǎng)后才會產(chǎn)生，振幅隨勵磁電流的增加而增大。1）轉子線圈匝間短路，轉子磁場偏心，振動頻率與轉速一致，電壓波形零線偏移；AIVNS2）轉子相對靜子幾何偏心，對3000rpm機組，振動的頻率為工頻的兩倍；3）轉子風道阻力不均,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，渦動的頻率為轉速的1/2。若渦動的頻率與轉子臨界轉速合拍，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：升速過程中振動含有1/2轉速的分量，在轉速接近轉子臨界轉速兩倍時，突然出現(xiàn)強烈振動，振動頻率等于轉子的臨界轉速，且在一定轉速范圍內(nèi)振幅和頻率不隨轉速的升高而改變；油溫升高，振幅減

11、小或正常。3） 處理：適當提高軸承進油溫度；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速一致。只可能發(fā)生在大功率汽輪機的高壓轉子，且在負荷達一定值產(chǎn)生，降低負荷，振動消失。5 軸承支撐剛度削弱，振動被放大，或使轉子臨界轉速降低，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。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： 臺板標高正確，接觸良好；管道連接受力符合要求；保證機組膨脹自如，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；考慮軸承座標高實際變化和轉子告訴旋轉時軸心偏移，保證運行中滿足轉子自然垂弧的要求，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。 必要時進行高速動平衡。2）嚴格按規(guī)程要求啟動運行 機組沖轉前按要求連續(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、運行要求； 15%以下加強疏水，防止汽輪機進水或進冷汽。 停機后連續(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（非臨界轉速）內(nèi)，任一軸承振幅達0.04mm，不允許繼續(xù)升速；升速過程產(chǎn)生異常振動，應立即降速至振幅的允許范圍進行暖機，直至連續(xù)盤車。查明原因，消除后，才允許升速。 在帶負荷運行時，產(chǎn)生異常振動，應立即降負荷；仍不能消除異常振動，則解列降速暖機，直至盤車狀態(tài)，或直接打閘停機。 無論機組處于何種運行狀態(tài)，在振動異常之前或之后機組內(nèi)有金屬撞擊聲或摩擦聲，應立即破壞真空緊急停機，進行連續(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速的變化規(guī)律其他特征； 油膜振蕩兩倍臨界轉速左右突然產(chǎn)生異常振動。 帶負荷階段異常振動

14、原因： 發(fā)電機不平衡電磁力與負荷（勵磁電流）關系振動頻率； 轉子熱彎曲 高壓缸、高負荷頻率（某一臨界轉速）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，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)）進行頻譜分析邏輯運算（模糊運算、神經(jīng)網(wǎng)絡、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行消除 1）轉子彎曲盤車直軸無效大修直軸（應力松弛法）；2）轉子質(zhì)量不平衡檢查、清除積垢高速動平衡（多次）；3）轉子找中心不良調(diào)整軸承中心標高，改變張口和中心錯位（難）；4）發(fā)電機轉子匝間短路大修換線棒；5）發(fā)電機磁隙周向不均

15、調(diào)靜子位置（保持轉子位置）；6）發(fā)電機轉子風道積灰小修清除；7）油膜振蕩適當提高潤滑油溫若無效，停機，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，大修調(diào)汽封間隙；八、 異常振動處理實例1 平圩電廠2號機（亞臨界600MW）1992年7月22日首次啟動沖轉，發(fā)出異常振動。測得振動最大振幅：軸承號56781011轉速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（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0.27mm;3000rpm，它們振幅仍較大，而且X向的振幅更大，波動達0.04mm。超速試驗3180時，7號最大振幅達0.5mm，轉速再升后減小。7號 瓦嚴重磨損，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（亞臨界300MW）勵磁機3000rpm