機組18種振動故障診斷技術(shù)

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大不平衡

汽輪機低壓轉(zhuǎn)子末級、次末級葉片在運行過程中突然斷裂飛脫，屬于大不平衡響應問題。轉(zhuǎn)子動力學響應為非線性特性，且大幅劇烈振動往往導致動靜碰摩的發(fā)生，這是理論計算所不能真實模擬的。只有在線監(jiān)測系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)真實地反映大不平衡狀態(tài)下軸系的振動響應。2

熱不平衡

由于轉(zhuǎn)子材質(zhì)各項異性、轉(zhuǎn)子橫截面徑向加熱/冷卻不均勻——發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路、汽輪機轉(zhuǎn)子中心孔進油、發(fā)電機氫冷/水冷通道局部堵塞、內(nèi)摩擦效應——發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻等原因引起的與轉(zhuǎn)子溫度以及軸系轉(zhuǎn)速密切相關(guān)的轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲，其表現(xiàn)為不平衡的振動特征。3

動靜碰摩當旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件徑向/軸向間隙消失時，則發(fā)生動靜碰摩故障。振動頻譜除基頻分量外，還含有次諧波分量和/或高次諧波分量。應以振動變化量或振幅作為停機值，由于仍然存在碰摩，停機惰走過程振動比升速過程振動大，可破真空縮短惰走時間。連續(xù)盤車數(shù)小時后，掛閘開機。一般經(jīng)過幾次摩合，動靜碰摩即消失，振動可處于穩(wěn)定狀態(tài)。

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汽流激振

由于葉頂徑向間隙不均產(chǎn)生切向分力、端部軸封徑向間隙不均產(chǎn)生壓力渦動、順序閥進汽方式使轉(zhuǎn)子受到向上的蒸汽力產(chǎn)生輕載，再加上軸瓦穩(wěn)定裕度不足，而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激振動。該振動敏感于負荷，低頻分量一般為半頻、嚴重時也會與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相對應。有時單獨改變軸瓦設計并不能消除該故障，應改進汽封結(jié)構(gòu)設計、調(diào)整調(diào)門開啟順序及開度、調(diào)整安裝間隙等才能徹底解決問題。蒸汽激振出現(xiàn)在機組并網(wǎng)之后、負荷逐漸增加的過程中，主要特點是振動敏感于負荷，且一般發(fā)生在較高負荷。突發(fā)性振動通常有一個門檻負荷，超過此負荷，立即激發(fā)蒸汽激振，而當負荷降低至某一數(shù)值時，振動即能恢復，有較好的重復性。蒸氣激振引起的振動有時與調(diào)門的開啟順序和調(diào)門開度有關(guān)，通過調(diào)換或關(guān)閉有關(guān)閥門能夠避免低頻振動的發(fā)生或減小低頻振動的幅值。蒸汽激振產(chǎn)生的自激振動為轉(zhuǎn)子的正向進動，發(fā)生嚴重蒸汽激振產(chǎn)生自激振動的振動頻率通常與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速頻率相吻合，在絕大多數(shù)情況下振動成份以接近工作轉(zhuǎn)速一半的頻率分量為主。此外，由于實際蒸汽力和軸承油膜力的非線性特性，有時會呈現(xiàn)其它一些諧波頻率分量。5

油膜失穩(wěn)/振蕩

在一個振動周期內(nèi)，如果潤滑軸承的阻尼消耗的能量小于油膜力切向分量所做的功，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不穩(wěn)定的渦動，振動頻率約為同步頻率的一半，故常稱為油膜半速渦動。當機器運行轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速二倍以上時，則會產(chǎn)生油膜振蕩現(xiàn)象，此時，無論機器轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升至多少，渦動頻率將鎖定轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率。

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結(jié)構(gòu)共振

軸承座、汽缸、發(fā)電機端蓋/定子、管道等結(jié)構(gòu)的固有頻率接近機組軸系運行轉(zhuǎn)速對應的頻率，則運行工況下這些機械結(jié)構(gòu)處于共振狀態(tài)，表現(xiàn)為大振幅的劇烈振動。通過傳遞后，可影響機組軸承座振幅。一般情況下，應對該機械結(jié)構(gòu)進行有限元動特性計算、并進行結(jié)構(gòu)動力學修改，使其固有頻率遠離運行轉(zhuǎn)速對應頻率，即可避免結(jié)構(gòu)共振的發(fā)生。7

不對中汽輪發(fā)電機組軸系不對中分為聯(lián)軸器不對中（外圓、端面）、軸承座標高不合理、轉(zhuǎn)子與定子周向間隙不均。可通過低轉(zhuǎn)速下相對軸振的晃度、升速過程的軸心位置圖、軸瓦溫度、回油溫度、大負荷工況下高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動、并網(wǎng)前后發(fā)電機振動頻譜的變化來進行診斷分析。8

轉(zhuǎn)子裂紋

轉(zhuǎn)子裂紋初期，振幅增長速度相當緩慢，主要為基頻分量。當裂紋快速擴展時，定速工況下振幅會大幅增長，主要表現(xiàn)為基頻分量，同時，2X分量也會增大；臨界轉(zhuǎn)速下基頻分量大幅增加；副臨界轉(zhuǎn)速下2X分量大幅增加；低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸晃度持續(xù)增大。再者，軸系動平衡結(jié)果與計算期望值相去甚遠，多次動平衡的影響系數(shù)差別較大。9

參數(shù)激振

兩極汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子因結(jié)構(gòu)剛度不對稱，在重力作用下每旋轉(zhuǎn)一周，撓度曲線變化兩次。如果轉(zhuǎn)子兩軸線截面主慣性矩差異較大，則在1/2臨界轉(zhuǎn)速（副臨界轉(zhuǎn)速）時出現(xiàn)2X分量峰值，工作轉(zhuǎn)速下也存在2X振動分量，且與轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)關(guān)系不大。大功率發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體上開有一定數(shù)量的橫向月牙槽，以使兩軸線截面主慣性矩接近，可降低副臨界轉(zhuǎn)速以及工作轉(zhuǎn)速下2X振動分量的幅值，改善機組振動水平。

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轉(zhuǎn)子中心孔進油

中心孔進油后，運行中隨著轉(zhuǎn)子本體溫度的升高，轉(zhuǎn)子高溫端的油受熱汽化并吸收熱量，中心孔幾何軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，使得油膜在孔壁周向厚度不同，從而熱交換程度也不同，使轉(zhuǎn)子圓周方向出現(xiàn)溫差；汽化的油在轉(zhuǎn)子低溫端凝結(jié)，釋放出熱量，同樣引起轉(zhuǎn)子徑向溫差。徑向溫差使轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障，振動隨轉(zhuǎn)子溫度升高，惰走過程振動較升速過程振動增大，低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子晃度明顯增大。11

旋轉(zhuǎn)部件斷裂飛脫

葉頂圍帶、動葉片、聯(lián)軸器螺栓護板在機組運行狀態(tài)下斷裂飛脫，可引起軸系振動突變。一般整個過程約幾秒鐘，振動分量主要為基頻，在大不平衡狀態(tài)下，可能會出現(xiàn)次諧波分量及高次諧波分量。振動變化量及頻譜與飛脫質(zhì)量大小、軸向位置、機組軸系轉(zhuǎn)速相關(guān)。12

轉(zhuǎn)子彎曲

在熱態(tài)下突然遭受水擊、嚴重動靜碰摩等因素可導致汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久彎曲。彎曲轉(zhuǎn)子的振動特征為：低轉(zhuǎn)速下較大的晃度、過大的一階振型不平衡響應以及工作轉(zhuǎn)速下的較高振動響應。如果轉(zhuǎn)子彎曲超過80μm，應進行直軸處理；如果轉(zhuǎn)子彎曲在80μm之內(nèi)，可利用移動式平衡臺在電站內(nèi)對轉(zhuǎn)子進行平衡即可。13

軸承座連接剛度不足

基礎(chǔ)—臺板—軸承座之間的連接剛度不足，可導致在轉(zhuǎn)軸振動不大的情況下，軸承座振動達到報警狀態(tài)。可在開機狀態(tài)下，進行軸承座外特性試驗，測量各結(jié)合面的垂直方向振動，比較各結(jié)合面振動幅值，即可發(fā)現(xiàn)連接剛度不足的結(jié)合面。

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軸瓦緊力不足

下瓦與軸承洼窩接觸不實、過大的軸承間隙以及軸瓦上瓦瓦蓋緊力不足，這些由于部件之間不合適的配合引起的振動故障的頻譜不僅含有豐富的高次諧波分量，而且含有豐富的次諧波分量。該種故障振動的相位很不穩(wěn)定，變化范圍很大。15堵頭失去約束

汽輪機轉(zhuǎn)子中心孔兩端各有一個堵頭，防止油氣和水汽進入孔內(nèi)。如果失去約束，則堵頭可能掉進聯(lián)軸器內(nèi)孔。振動特征為：主要為基頻分量；振動具有相對穩(wěn)定性及不重復性；現(xiàn)場動平衡失敗以及影響系數(shù)與正常情況下測量得到的影響系數(shù)差別較大?？蛇M行兩、三次開機試驗，測量軸系振動數(shù)據(jù)進行分析。16

二次灌漿不實

二次灌漿不實大多發(fā)生在發(fā)電機定子安裝過程中，發(fā)電機定子機座下面的座板與基礎(chǔ)之間。表現(xiàn)為較大的發(fā)電機軸承座以及座板垂直方向振動。需要打掉二次灌漿、清洗結(jié)合面、重新進行二次灌漿、按照水泥養(yǎng)護規(guī)程進行養(yǎng)護后、再次調(diào)整汽輪機—發(fā)電機中心，即可消除二次灌漿不實引起的發(fā)電機振動故障。17

振動傳遞

循環(huán)水泵管道振動經(jīng)凝汽器—汽缸—軸承座、發(fā)電機氫冷器進出水管振動經(jīng)氫冷器—發(fā)電機定子—端蓋軸承、機組各軸承座振動經(jīng)臺板—基礎(chǔ)—臺板—軸承座可進行傳遞，所以，振動故障診斷及處理一定要結(jié)合軸承座振