汽輪機(jī)震動分析 Microsoft Word 文檔 (4).doc

汽輪機(jī)軸系振動大的原因分析及其解決方法摘要：為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門的重要任務(wù)。文章就汽輪機(jī)異常振動的原因進(jìn)行了分析與故障的排除，在振動監(jiān)測方面應(yīng)做的工作進(jìn)行了簡要的論述。關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；異常振動；故障排除；振動監(jiān)測；汽流激振現(xiàn)象對轉(zhuǎn)動機(jī)械來說，微小的振動是不可避免的，振動幅度不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動。這里所說的振動，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過允許標(biāo)準(zhǔn)的振動，也就是異常振動。任何一種異常振動都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動，以及電磁力不平衡等等都會表現(xiàn)在振動增大，甚至強(qiáng)烈振動。而強(qiáng)烈振又會導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動甚至損壞，加劇動靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備損壞程度。異常振動是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷，隱患的綜合反映，是發(fā)生故障的信號。因此，新安裝或檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過試運(yùn)行，測試各軸承振動及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。振動超標(biāo)的則必須查找原因，采取措施將振動降到合格范圍內(nèi)，才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行。一、汽輪機(jī)異常振動原因分析汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時(shí)間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機(jī)組振動的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對汽輪機(jī)異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。引起汽輪機(jī)異常振動的主要原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動的關(guān)鍵。1、設(shè)備原因(1)轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量不平衡。(2)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等對中不好。(3)機(jī)組附屬轉(zhuǎn)動件（如調(diào)速器、主軸帶動的油泵、發(fā)電機(jī)風(fēng)扇業(yè)等部件）質(zhì)量不平衡，裝配工藝不佳。(4)部件安裝工藝不佳，在冷態(tài)安裝時(shí)沒有考慮它們熱態(tài)工作時(shí)的自由熱膨脹、熱變形，使得機(jī)件在受熱工作時(shí)不能自由膨脹而變得有些彎曲，破壞平衡。如各種軸在受熱無處膨脹時(shí)，將被頂彎，失掉平衡，造成振動；汽缸受熱不能自由膨脹時(shí)，也會變形引起振動。(5)某些機(jī)件配合尺寸不符合要求，如軸封片與軸頸配合間隙不對，配合過緊，則在受熱時(shí)軸頸與密封片相摩擦，引起振動。(6)軸承有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫層、龜裂；軸承與軸瓦安裝間隙不合適；瓦殼在軸承座中松動；軸承動態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動或油膜振蕩等，造成振動。(7)機(jī)組基礎(chǔ)不符合要求或基礎(chǔ)下沉，都會使機(jī)組發(fā)生振動。2、運(yùn)行方面的原因(1)汽輪機(jī)汽缸保溫不良、在啟動前預(yù)熱的不充分或者不正確，因而造成蒸汽輪機(jī)在啟動時(shí)轉(zhuǎn)子處于彎曲狀態(tài)。(2)固定在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、變速器齒輪軸上的某些轉(zhuǎn)動零件松弛、變形或者位置移動，引起回轉(zhuǎn)體的重心位置改變加劇振動，如葉輪和軸結(jié)合松動、某些部分變形等。一些有嚴(yán)格重量要求的回轉(zhuǎn)零件，如聯(lián)軸器個別螺栓更換而又未做平衡試驗(yàn)，也會破壞平衡，加劇振動。(3)回轉(zhuǎn)部件的原有平衡被破壞，如葉片飛脫，葉片或葉輪腐蝕嚴(yán)重，葉輪破損，軸封損壞，葉片結(jié)垢，個別零件脫落，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞，以及靜止部分與轉(zhuǎn)動部分發(fā)生摩擦等等。(4)啟動前預(yù)熱不均勻，機(jī)殼產(chǎn)生變形，使機(jī)組內(nèi)動靜部件間隙不均勻，甚至產(chǎn)生摩擦，引起振動。(5)蒸汽管路或氣體管路對機(jī)組的作用力，使機(jī)組變形、移位；管路與機(jī)組聯(lián)接不合要求等等也都造成振動。(6)軸承潤滑不夠或不適當(dāng)，油泵工作不穩(wěn)定，或者油膜不穩(wěn)定。(7)新蒸汽等運(yùn)行參數(shù)與要求值偏差太大。新蒸汽參數(shù)偏差過大而末及時(shí)調(diào)整，使汽輪機(jī)部件熱膨脹及熱應(yīng)力變化劇烈；汽壓、汽溫過低未及時(shí)采取措施；排汽缸溫度過高引起汽缸變形等等。(8)機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速離實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速太近、機(jī)組某部件的固有振動頻率等于或低倍于汽輪機(jī)運(yùn)行頻率，使部件或汽輪機(jī)發(fā)生共振。(9)汽輪機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件與汽封偏心，產(chǎn)生蒸汽自激振蕩引起振動。(10)發(fā)電機(jī)電磁力不平衡引起振動。二、汽輪機(jī)組常見異常震動的分析與排除引起汽輪機(jī)組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。（一）汽流激振現(xiàn)象與故障排除汽流激振有兩個主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機(jī)組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時(shí)間的記錄每次機(jī)組振動的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。（二）轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動特征、原因及排除轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個轉(zhuǎn)速下會有所減小，即在某個轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會產(chǎn)生一個“凹谷”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn)子動力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時(shí)，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會出現(xiàn)異常振動。（三）摩擦振動的特征、原因與排除摩擦振動的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時(shí)間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時(shí)的振動一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機(jī)理：對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。三、在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作目前200MW及以上的機(jī)組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對振動實(shí)施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝有振動監(jiān)測表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動表定期測試核對，有的機(jī)組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機(jī)組的振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期（每周、每10天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測試振動的周期，給汽機(jī)車間專業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上次測試結(jié)果增大時(shí)，專業(yè)人員應(yīng)及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時(shí)增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動異常時(shí)，應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動表進(jìn)行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時(shí)，應(yīng)立即打閘停機(jī)。如振動增加雖未達(dá)到0.05mm，但振動異常時(shí)聽到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時(shí)，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對一般的振動增大，也應(yīng)向車間匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。四、結(jié)論總之，機(jī)組振動測試結(jié)果是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來，不少機(jī)組因振動大而拖延了投產(chǎn)期和檢修期。對生產(chǎn)運(yùn)行來說，接收了振動符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動監(jiān)督，對振動監(jiān)測做到制度化、經(jīng)常化，必須在機(jī)組振動突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時(shí)，及時(shí)果斷地將機(jī)組停運(yùn)，防止擴(kuò)大損壞或?qū)φ駝与m然增大，但尚未達(dá)到規(guī)程規(guī)定緊急停機(jī)數(shù)值的異?，F(xiàn)象。及時(shí)對比分析，查找原因，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。6、氣流激振7、匝間短路。其中氣流激振常有下列情況：1、汽封圓周間隙相差大，以致形成渦動2、調(diào)節(jié)汽門的開度到一定值，振動發(fā)生，跨過后振動消失，且重復(fù)性好。運(yùn)行方面如果在機(jī)組設(shè)計(jì)制造、安裝和檢修期間各方面都做得比較完美，那機(jī)組就不會因?yàn)檎駝舆^大而影響運(yùn)行了嗎？答案是否定的，機(jī)組的振動除了與上面的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況存在很大的關(guān)系。1機(jī)組膨脹機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對機(jī)組振動的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在問題時(shí)，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會引起過大的差別膨脹，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的振動和動靜碰磨。2潤滑油溫軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時(shí)，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動的產(chǎn)生。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個合理的范圍內(nèi)，過高過低都對油膜的形成不利。3軸封溫度每一軸封的溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸封溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機(jī)組振動的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及，在此不再重復(fù)。4機(jī)組真空和排汽缸溫度機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn)生影響。5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí)，由于膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機(jī)自身存在膨脹不均時(shí)，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡，而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時(shí)也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象，此處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量堆積而使膨脹較大，這就與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，又會形成一動態(tài)的質(zhì)量不平衡。6斷葉片當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時(shí)可能不會被察覺，因?yàn)檎駝拥淖兓劝ㄕ駝哟笮〉淖兓舶ㄕ駝酉辔坏淖兓F(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設(shè)計(jì)制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)應(yīng)盡量平穩(wěn)。7大機(jī)組的調(diào)門控制方式根據(jù)資料和本人的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW機(jī)組在運(yùn)行過程中已經(jīng)有好幾臺機(jī)組出現(xiàn)了1號和2號大軸振動偏大的現(xiàn)象。通過對振動機(jī)組大軸