论文--汽轮机轴系振动故障研究.doc

汽轮机轴系振动故障研究汽轮发屯机组是屯厂中的重要设备，而汽轮发屯机组的振动严重威胁着汽轮发电机组的安全运行机组运行中，轴系振动最常见的后果是导致机组无法升速到工作转速，个别情况下，轴系振动大会造成汽轮 发电机组设备损害事故，如动静摩擦等引起大轴弯曲，支持轴承的乌 金破碎或严重磨损，甚至转了断裂例如2001年广东省就有3台大型 机组发生高压转子永久弯曲事故1988年，某电厂600MW引进机组 发生高压缸叶片断裂重大事故，直接损失2400万元，此外近几年运行 中叶片断裂事故也逐渐增多，如果不即时发现并确切诊断，则很可能 造成大面积叶片断裂，而引发大轴弯曲或飞车事故，此类事故不胜枚 举，不仅间接直接经济损失巨大，而且更严重的是影响机组的寿命， 威胁生命安全本人根据自己现场工作经验，列出常见的振动原因， 及其如何在运行和检修中防范第一章 机组振动故障诊断第一节 质量不平衡转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占故障总数的80%随着制造厂加工，装配精度以及电厂检修质量的提高，这类 故障的发生率正在逐渐减少，过去国内大型汽轮机厂中只有个别厂家 可以对大型汽轮机转子进行高速动平衡，现在几乎全部厂家都可以 做。

至于发电机转子的高速平衡，各电机厂早已能够进行现场检修 过程中的转子平衡方法也在不断改进低速动平衡有些电厂已经抛弃 了老式的动平衡机，取而代之是使用先进的移动式动平衡机即便如 此质量不平衡目前仍是现场振动的主要故障一•转了质量不平衡的一般特征(1) 量值上，工频振幅的绝对值通常在30uni以上，相对于通频 振幅的比例大于80%(2) 工频振幅为主的状况应该是稳定的这包括1) 各次启机2) 升降速过程3) 不同的工况,如负荷，真空，油温，氢压，励磁电流等(3) 工频振动同时也是稳定的二•转子质量不平衡的分类特征汽轮发电机组转子的质量不平衡产牛的原因有三个:原始不 平衡;转动过程中的部件飞脱•松动以及转了的热弯曲原始不平衡是 主要原因1) 原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经有的不平衡它通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换 转动部件造成的这种不平衡的特点除了上面介绍的振幅和相位的常 规特征外，它的最显著特征是“稳定”，这个稳定是指在一定的转速 下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速或带负荷 的吋间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响具体所测数据 中，在同一转速下，工况相羌不大时，振幅波动约20%,相位在10〜 20范围内变化的工频振动均可视为是稳定的。

二） 转动部件飞脱和松动汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片.围 带•拉金以及平衡质量块；发生松动的部件可能有转子线圈•槽楔•联轴O飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒内以某一瓦 振或轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时出现一个固 定的变化相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大这种 故障一般发生在机组带有某一负荷的情况三）转子热弯曲转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动 随吋间的变化，随机组参数的提高和高参数下运行吋间的延续，工频 振幅逐渐增大，相位也随之缓慢变化，一定时间内这种变化趋缓，基 本保持不变存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速 时的振幅，要比转子温度低启机升速是的振幅大两种情况下的波特 图可以用来判断是否存在热弯曲新机转子的热弯曲一般来自材质热应力这种热弯曲是 固有的，可重复的，因而可用平衡的方法处理有时运行原因也会导 致热弯曲，如汽缸进水•进冷空气•动静摩擦等只要没有使转子发生 永久朔性变行，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除 后，工频振动大的现象也会随之自行消失笫二节 动静摩擦汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。

随着现 代机向着高性能•高效率发展•动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要原 因轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久弯曲，甚至 整个轴系毁坏因此对汽轮发电机组碰摩的诊断和预报无疑会有效地 提高运行的安全性，防止重大事故发生一•机组碰摩原因机组动静碰摩通常有下列起因(1) 转轴振动过大造成振动过大可以是质量不平衡•转子弯曲•轴系 失稳等，不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动静间隙植， 都可能与静止部位发生碰摩因此，和动静碰摩有关的机组故障中， 碰摩常常是中间过程，而非根本原因2) 由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，使转子偏斜非转 动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩3） 动静间隙不足有时设计上的缺陷所造成的，设计人员将间隙 定为过小的量值，向安装部门提供的间隙要求同样太小它也是安装. 检修的原因，动静间隙调整不符合规定所致4） 缸体跑偏，弯曲或变形国产200MW机组高压转子前汽封比较 长，启机中参数不当容易造成这个部位发生摩擦，进而造成大轴朔性 弯曲全国大约有30多台机组发生过这样的故障开机过程中，上下 缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的主要运行原因之一。

二•碰摩的诊断方法机组动静碰摩的现场诊断是一项难度比较的的技术因为如果认 为发牛了碰摩，常常需要开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高 准确性现有的诊断方法主要还是根据振幅•频谱和轴心轨迹碰摩的确定，还需要了解机组安装或大修中的情况，查阅有关的间隙 记录现场运行人员在启机过程常釆用“听诊”的方法，对碰摩的确 定有时也是有用的这些在诊断过程可以有机的结合起来，提高诊断 的准确性但耍注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也 是双层缸，通流部分的碰摩很难传初來，只有轴端汽封的碰摩声比较 容易听到因而，不能片面地将某…种方法的结论作为是否发牛碰摩 的决定性判据第三节 汽流激振（间隙激振）由于动静部分间隙引起的低频振动，称之为“间隙激发振动” 他与机组所带负荷有关，在一定负荷是突然发生振动，但所带负荷略 低于限制值时，振动会衰减下去，这种振动的频率与转子的临界转速 和对应在临界转速是，机组高压转子产牛的这种振动振幅最大一•汽流激振的振动特征汽流激振通常发生在高参数机组的高压转子上，特别是超临界机 组，例营口电厂，南京电厂，绥中电厂都是俄供的超临界机组，都出 现过高压转了轴振过大1) 涡动…-震荡自激振动的进动方向是向前的，轨迹是圆或 近似圆形。

2) 振荡是，随振幅逐渐接近的偏心率，自激振动的频率接近 转子横向的固有频率二•汽流激振的治理1. 增大轴颈在轴承中的偏心率2. 增大油膜的径向刚度3. 改变润滑油温4. 增加转子的刚度第四节联轴器不对中不对中是汽轮发电机组振动常见故障关于机组轴线的几何形状有两个定义，一个是轴承的对中，它是指轴 承内孔几何中心在横截面的垂直和水平方向上与转子轴颈中心预定 位置的重合程度另一个是联轴器的对中，也就是轴系转子个轴线的 对中联轴器不对中是指相邻两根转轴轴线不在同一直线上；或不是 一根光滑的曲线，在联轴器部位存在拐点或阶跃点设计阶段，根据选用的轴承，转子的质量，轴承标高的热变化量等确 定各轴承的负荷分配，再计算确定各个轴颈中心在轴承中的偏心角和 偏心率，即轴颈静态位置然后根据转子的重力挠度曲线确定各轴承 的扬度，供安装时使用，同时各轴承的静态负荷也随之确定机组安 装时依照这些值对各轴承座和缸体进行找正找平，使各个轴承的静态 负荷达到预定值，同时也自然保证了轴颈中心在轴承中的位置与原定 的一致如果轴承的标高高于规定值这个轴承的负荷要比原定值高， 如果轴承的标高低于规定值这个轴承的负荷要比原定值低，这两种不 对中都是不希望出现的。

联轴器有三种不对中：平行不对中•角度不对中•和综合不对中它们 会给机组带来下列后果：(1) 转了连接处将产生两倍频作用的弯矩和剪切力；(2) 相邻轴承将承受工频径向作用力两种力的作用都将使转轴的轴承受到情况恶化，对结构和安全产生 不利影响第五节 转子中心孔进油一中心孔进油造成振动的机理汽轮机转子中心孔进油在现场时有发生造成进油的原因有两种可 能，一是中心孔探伤后油没有及时清理干净，残存在孔内；二是大轴 端部堵头不严，运转起来后由于孔内外压差使的润滑油被逐渐吸入孔 内中心孔有油后会使转轴出现震动问题，它造成的震动在机理上有数种 不同的说法一种说法认为，转动时孔内液体转速比转轴低，这样液体会产生一个 比转动频率低，但是频率接近转速的次同步激振力，这个激振力和工 作转速合成后可以产生拍振或和差振动另有说法认为，孔内液体的黏性剪切力使得液体的离心力相对于高点 有一个超前角，这样，离心力可以分解出一个与涡动方向一致的切向 力因为涡动一般是次同步的，转子轴承系统容易产牛以它本身的固 有频率一致的涡动，当转子转速高于临界转速时，由液体离心力分解 出来的涡动力造成次同步失稳还有说法认为，当转子加热到一定温度时，黏附在中心孔壁上的润滑 油发生热交换，使转了产生不对称温差，转了内壁局部被加热或冷却 进而发生热弯曲，所产生的不平衡质量引起振动增大。

上述各种说法对转轴中心孔液体造成振动的机理特征的说明是不一 致的但从现场机组发生中心孔进油的实例看，在振动特征有一点是 共同的即都出现工频振动增大的现象，具体有如下一些特征1) 工频振幅随时间缓慢增大，时间度量大约是数分钟或1〜2 小时出现的工况一般在定速后空负荷或负荷过程2) 这种故障的发现通常在新机组调试阶段或机组大修后往 往初始的一•二次启动没有这种现象，后几次越来越明显因此，判 断的一个很重要的依据是将几次开机的振动值进行比较二•一台国产200MW机组中心孔进油的实例戚墅堰电厂11号机组是东方汽轮机厂牛产的三缸三排200MW机组 调试期间3号轴承振动最大为36.3.umo调试后的试运期3号轴承振动 增大，一个多月的时间共启机15次，并网带负荷10次，其中8次因3 号轴承振动超标停机3号轴承振动有下列特点（1） 从冲转升速，过临界转速，到3000rpm,机组振动，3号轴 承振动均正常2） 负荷50MW以上吋（中缸温度400C左右），3号轴承振动 和轴振同时上升，波形为标准的正弦波，主要成分是工频；而且振动 相位发生变化（见表5・1）（3） 3号轴承振动随负荷•缸胀真空等影响明显4） 振动一旦大起来，改变负荷和其它参数都不能使振动降下 来，只有停机。

5） 停机降速过程，过临界转速时振动比启动时明显增大3 号轴承升速过中压转子临界转速1600rpm时振动为53um,振动超标停 机降速过1600『pm为115um,振动值增大一倍6） 停机后大轴挠度达到100-110um,在转子完全停止后的2 小时内恢复到原始+20um表5—1 3号轴承振动幅值相位变化情况时间 负荷振动丄(um)振硏(um)17:501044Z1749 Z6118订52047 Z16310Z5919:105045Z1569 Z4720:455062Z15114Z4321:025065 Z14015Z4621:155067 Z14816Z45从振动随负荷变化的情况看，象热弯曲和中心孔进油，将3号轴承 振动调试期间和投产期间进行比较，得知初始振动是好的，如果存在 热弯曲，振动表现应该始终相同因此决定揭高•中压缸检查转子碰 摩情况和打开中心孔堵头检查是否有油解体发现中低压接长轴孔内 有1.5-2.0公斤透平油，中压转。