振動分析—故障特征診斷.ppt

第四部分,振動故障特征及診斷,對機(jī)組振動的個人體會,汽輪發(fā)電機(jī)組振動本身不是故障，其只是機(jī)組內(nèi)在故障的動態(tài)外在表現(xiàn)。鑒于關(guān)鍵設(shè)備的安全性，對新機(jī)調(diào)試、在役機(jī)組大修后啟動以及運(yùn)行中存在振動故障的機(jī)組，應(yīng)測量機(jī)組振動、進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)、診斷故障根本原因、并采取相應(yīng)的措施將機(jī)組振動降低至合格水平。,振動診斷技術(shù)優(yōu)點(diǎn),多參性 多維性 可傳遞性 可實(shí)現(xiàn)性,應(yīng)具備的相關(guān)學(xué)科知識,機(jī)械振動理論 轉(zhuǎn)子動力學(xué) 傳感器原理 動態(tài)信號采集分析 機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 安裝檢修工藝 運(yùn)行規(guī)程 故障診斷知識,常見振動故障分類,質(zhì)量不平衡、熱不平衡、動靜碰摩 汽流激振、油膜失穩(wěn)/振蕩、結(jié)構(gòu)共振 不對中、轉(zhuǎn)子裂紋、參數(shù)激振 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油、旋轉(zhuǎn)部件斷裂飛脫 轉(zhuǎn)子彎曲、軸承座連接剛度不足 軸瓦緊力不足、堵頭松動、拍振 二次灌漿不實(shí)、振動傳遞,質(zhì)量不平衡,質(zhì)量不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見的振動故障，其原因是轉(zhuǎn)子幾何中心與質(zhì)量中心不重合，另外，聯(lián)軸器中心變化以及轉(zhuǎn)子積垢等因素也會影響轉(zhuǎn)子平衡.軸系平衡類型有一階、二階、三階不平衡以及外伸端不平衡。新機(jī)組轉(zhuǎn)子在制造廠平衡臺上進(jìn)行過動平衡，由于支撐條件以及端部約束條件的改變，在調(diào)試階段進(jìn)行現(xiàn)場動平衡的機(jī)組仍占有較大的比例。,大不平衡,汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子末級、次末級葉片在運(yùn)行過程中突然斷裂飛脫，屬于大不平衡響應(yīng)問題。轉(zhuǎn)子動力學(xué)響應(yīng)為非線性特性，且大幅劇烈振動往往導(dǎo)致動靜碰摩的發(fā)生，這是理論計(jì)算所不能真實(shí)模擬的。只有在線監(jiān)測系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)真實(shí)地反映大不平衡狀態(tài)下軸系的振動響應(yīng)。,大不平衡動靜碰摩波形,大不平衡動靜碰摩頻譜,熱不平衡,由于轉(zhuǎn)子材質(zhì)各項(xiàng)異性、轉(zhuǎn)子加熱/冷卻不均（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)氫冷/水冷通道局部堵塞）、內(nèi)摩擦效應(yīng)（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻）等原因引起的與轉(zhuǎn)子溫度相關(guān)的轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲。,動靜碰摩,當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件徑向/軸向間隙消失時(shí)，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(yīng)以振動變化量或振幅作為停機(jī)值，由于仍然存在碰摩，停機(jī)惰走過程振動比升速過程振動大，可破真空縮短惰走時(shí)間。連續(xù)盤車數(shù)小時(shí)后，掛閘開機(jī)。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)。,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(jìn)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(fù)荷，低頻分量一般為半頻、嚴(yán)重時(shí)也會與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相對應(yīng)。有時(shí)單獨(dú)改變軸瓦設(shè)計(jì)并不能消除該故障，應(yīng)改進(jìn)汽封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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。,汽流激振的振動特征,蒸汽激振出現(xiàn)在機(jī)組并網(wǎng)之后、負(fù)荷逐漸增加的過程中，主要特點(diǎn)是振動敏感于負(fù)荷，且一般發(fā)生在較高負(fù)荷。突發(fā)性振動通常有一個門檻負(fù)荷，超過此負(fù)荷，立即激發(fā)蒸汽激振，而當(dāng)負(fù)荷降低至某一數(shù)值時(shí)，振動即能恢復(fù)，有較好的重復(fù)性。蒸氣激振引起的振動有時(shí)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(jìn)動，發(fā)生嚴(yán)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(shí)際蒸汽力和軸承油膜力的非線性特性，有時(shí)會呈現(xiàn)其它一些諧波頻率分量。,華能南京1號機(jī)組蒸汽激振波形頻譜圖,華能南京1號機(jī)組蒸汽激振趨勢圖,外高橋4號機(jī)組蒸汽激振波形頻譜圖,嶺澳1號機(jī)組蒸汽激振波形頻譜圖,嶺澳1號機(jī)組蒸汽激振三維頻譜圖,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(dāng)機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速二倍以上時(shí)，則會產(chǎn)生油膜振蕩現(xiàn)象，此時(shí)，無論機(jī)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。,一臺壓縮機(jī)升速失穩(wěn)三維頻譜圖,油膜振蕩頻譜圖,結(jié)構(gòu)共振,軸承座、汽缸、發(fā)電機(jī)端蓋/定子、管道等結(jié)構(gòu)的固有頻率接近機(jī)組軸系運(yùn)行轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率，則運(yùn)行工況下這些機(jī)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(jī)組軸承座振幅。一般情況下，應(yīng)對該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元動特性計(jì)算、并進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)修改，使其固有頻率遠(yuǎn)離運(yùn)行轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率，即可避免結(jié)構(gòu)共振的發(fā)生。,結(jié)構(gòu)共振,不對中,汽輪發(fā)電機(jī)組軸系不對中分為聯(lián)軸器不對中（外圓、端面）、軸承座標(biāo)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(fù)荷工況下高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動、并網(wǎng)前后發(fā)電機(jī)振動頻譜的變化來進(jìn)行診斷分析。,聯(lián)軸器不對中基本分類,轉(zhuǎn)子裂紋,轉(zhuǎn)子裂紋初期，振幅增長速度相當(dāng)緩慢，主要為基頻分量。當(dāng)裂紋快速擴(kuò)展時(shí)，定速工況下振幅會大幅增長，主要表現(xiàn)為基頻分量，同時(shí)，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(jì)算期望值相去甚遠(yuǎn)，多次動平衡的影響系數(shù)差別較大。,轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器裂紋照片,參數(shù)激振,兩極汽輪發(fā)電機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)組振動水平。,轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油,中心孔進(jìn)油后，運(yùn)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。,旋轉(zhuǎn)部件斷裂飛脫,葉頂圍帶、動葉片、聯(lián)軸器螺栓護(hù)板在機(jī)組運(yùn)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(jī)組軸系轉(zhuǎn)速相關(guān)。,轉(zhuǎn)子彎曲,在熱態(tài)下突然遭受水擊、嚴(yán)重動靜碰摩等因素可導(dǎo)致汽輪機(jī)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(yīng)以及工作轉(zhuǎn)速下的較高振動響應(yīng)。如果轉(zhuǎn)子彎曲超過8絲，應(yīng)進(jìn)行直軸處理；如果轉(zhuǎn)子彎曲在8絲之內(nèi)，可利用移動式平衡臺在電站內(nèi)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡即可。,一臺機(jī)組中壓轉(zhuǎn)子,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(dǎo)致在轉(zhuǎn)軸振動不大的情況下，軸承座振動達(dá)到報(bào)警狀態(tài)?？稍陂_機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行軸承座外特性試驗(yàn)，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。,軸承座外特性試驗(yàn),軸瓦緊力不足,下瓦與軸承洼窩接觸不實(shí)、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。,軸瓦緊力不足頻譜圖,堵頭失去約束,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔兩端各有一個堵頭，防止油氣和水汽進(jìn)入孔內(nèi)。如果失去約束，則堵頭可能掉進(jìn)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(fù)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(jìn)行兩、三次開機(jī)試驗(yàn)，測量軸系振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。,堵頭結(jié)構(gòu)圖,拍振,拍振是振動頻率相近的兩個振動的疊加。拍振的最大振動出現(xiàn)在兩個頻率的振動波形同相時(shí)，而其最小振動出現(xiàn)在兩個頻率的振動波形反相時(shí)。在拍振現(xiàn)場可聽到時(shí)起時(shí)伏的噪聲。其頻譜圖中存在兩個頻率非常接近的頻譜峰值，這兩個頻率差就是拍振的頻率。,拍振波形現(xiàn)場實(shí)測,拍振波形頻譜試驗(yàn)室模擬,二次灌漿不實(shí),二次灌漿不實(shí)大多發(fā)生在發(fā)電機(jī)定子安裝過程中，發(fā)電機(jī)定子機(jī)座下面的座板與基礎(chǔ)之間。表現(xiàn)為較大的發(fā)電機(jī)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(jìn)行二次灌漿、按照水泥養(yǎng)護(hù)規(guī)程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后、再次調(diào)整汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)中心，即可消除二次灌漿不實(shí)引起的發(fā)電機(jī)振動故障。,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(jī)氫冷器進(jìn)出水管振動經(jīng)氫冷器發(fā)電機(jī)定子端蓋軸承、機(jī)組各軸承座振動經(jīng)臺板基礎(chǔ)臺板軸承座可進(jìn)行傳遞，所以，振動故障診斷及處理一定要結(jié)合軸承座振動數(shù)據(jù)、相對軸振數(shù)據(jù)、現(xiàn)場實(shí)際情況，具體問題具體分析，才可能