點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1)

1、點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)從性質(zhì)上可以分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng) 兩大類型。如果維持振動(dòng)的能量是由外界激振力所提供的，那 么這種振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)；如果振動(dòng)系統(tǒng)通過本身的運(yùn)動(dòng)不斷 向自身提供能量維持振動(dòng)，則這種振動(dòng)就稱為自激振動(dòng)。 然而，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的診斷分析卻是一個(gè)十分復(fù)雜 的問題，這一方面故障與征兆之間并非一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，況且 振動(dòng)故障往往又是多種原因造成的；另一方面受現(xiàn)場(chǎng)客觀條件 的限制也難以對(duì)機(jī)組作徹底的檢查。所以，有時(shí)尋找振動(dòng)故障 的原因以及治理會(huì)拖延很長的時(shí)間。但是，如果能夠掌握各種 振動(dòng)的特征，對(duì)分析和診斷振動(dòng)產(chǎn)生的原因便具備

2、了一定的基 礎(chǔ)。因此對(duì)機(jī)組典型特征的分析已成為振動(dòng)故障診斷的重要手 段。本節(jié)將對(duì)一些單純的典型振動(dòng)的特征作簡單的介紹。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 振動(dòng)故障的一般原因 旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)不可避免要發(fā)生振動(dòng)，其振動(dòng)量只要不超過一定的程 度是完全允許的。但是，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)了一些不正常的振動(dòng)或振動(dòng)過大 時(shí)，就成了運(yùn)行時(shí)的故障，必須及時(shí)排隊(duì)都能保證機(jī)組安全運(yùn)行。 引起機(jī)組不正常振動(dòng)或振動(dòng)過大的原因很多。例如： 轉(zhuǎn)子的不平衡量過大； 聯(lián)軸器的加工或與軸的裝配同軸度超出允許范圍； 轉(zhuǎn)子上的另件發(fā)生松動(dòng)； 軸系的對(duì)中超出允許范圍； 轉(zhuǎn)子上有缺陷和損壞（如腐蝕、結(jié)垢、葉片斷落和轉(zhuǎn)子裂

3、紋等）； 動(dòng)靜部分磨擦； 機(jī)組安裝上有缺陷（如零部件松動(dòng)，基座松動(dòng)和熱脹余地不足等）。 軸承失穩(wěn)； 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 典型振動(dòng)故障的特征 1、轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng) 轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的激振力，是造成機(jī)組振動(dòng)的最基本和最普遍的原因。 有資料稱，在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的機(jī)組振動(dòng)過大，就其原因來說，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì) 量不平衡的約占80%左右。因此，了解此類振動(dòng)的特征，對(duì)于診斷振 動(dòng)原因是非常重要的。 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)有下述特點(diǎn)： 振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速相符，即呈現(xiàn)同頻振動(dòng)； 因強(qiáng)迫振動(dòng)是一個(gè)簡諧振動(dòng)，所以軸承的振動(dòng)規(guī)律是一個(gè)比較規(guī)則的 正弦波，相位也較為穩(wěn)定； 對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，其

4、工作轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速，振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比， 隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子振幅將呈拋物線規(guī)律增大（見圖1-6），尤其離 臨界轉(zhuǎn)速較遠(yuǎn)時(shí)，上述規(guī)律比較明顯。 對(duì)于撓性轉(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速。由于受共振和轉(zhuǎn)子變形的 影響，振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系比較復(fù)雜，一般不與轉(zhuǎn)速平方成正比。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 在一階臨界轉(zhuǎn)速前，振動(dòng)為剛性轉(zhuǎn)子特征。 在一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子發(fā)生共振而出現(xiàn)振動(dòng)峰值。同時(shí)，又由于轉(zhuǎn) 子一階振型的出現(xiàn)，將產(chǎn)生明顯的動(dòng)撓度，使振幅加大。轉(zhuǎn)子兩端軸 承處的振動(dòng)相位相同。 越過一階臨界轉(zhuǎn)速后，振幅有所下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至接近二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)， 此時(shí)一階振型已

5、基本消失，而逐漸產(chǎn)生二階振型，此時(shí)轉(zhuǎn)子的反向不 平衡量將起主導(dǎo)作用引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，因此，振幅又將逐漸增大。當(dāng) 達(dá)到二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅再度出現(xiàn)一個(gè)共振峰值，而在兩兩端軸承 處的振動(dòng)相位相反。圖1-7表示轉(zhuǎn)子存在一、二階不平衡分量時(shí)的振 幅轉(zhuǎn)速曲線。 圖1-6剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速振幅特性圖1-7撓性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速振幅特性 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 根據(jù)上述振動(dòng)特征，當(dāng)需要判定轉(zhuǎn)子的振動(dòng)故障是否由于不平衡所致 時(shí)，只要通過對(duì)機(jī)組升降速過程的振動(dòng)測(cè)試，觀察其同頻分量是否符 合上述規(guī)律便可得到證實(shí)。 在工作轉(zhuǎn)速下存在較大的基頻振動(dòng)分量時(shí)，在排隊(duì)軸承座動(dòng)剛度不足 以及聯(lián)軸器連接缺陷等

6、故障后，振動(dòng)過大的原因就是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。 在線性系統(tǒng)中，部件上呈現(xiàn)的振幅與作用在該部件上的激振力成正比，與 它的動(dòng)剛度成正比，可以用下式表達(dá)： 由上式可知，減小此類振動(dòng)振幅的途徑無非兩條，一為減小激振力P；二 為增加支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度Kd。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)來說，可以通過轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的外 部特性試驗(yàn)判定部件結(jié)構(gòu)剛度是否正常，以便采取相應(yīng)的對(duì)策；而對(duì)于失 衡的轉(zhuǎn)子則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行動(dòng)平衡。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 2、聯(lián)軸器加工或與軸裝配誤差引起的振動(dòng)特征 聯(lián)軸器加工或與軸裝配所產(chǎn)生的誤差，反映在轉(zhuǎn)子振動(dòng)方面的內(nèi)容包括兩 個(gè)方面：其一，聯(lián)軸器加工或與軸裝配不良使端面與軸線不垂直

7、，當(dāng) 擰緊連接螺栓后，軸頸處將變形而產(chǎn)生晃度，在旋轉(zhuǎn)時(shí)便因附加的強(qiáng) 迫力而受迫振動(dòng)；其二，聯(lián)軸器的有關(guān)圓柱面和連接螺栓孔節(jié)園不同 心，當(dāng)兩串聯(lián)軸器連接后將產(chǎn)生偏心，旋轉(zhuǎn)時(shí)也要引起附加強(qiáng)迫力而 產(chǎn)生振動(dòng)。 以上兩類誤差引起的振動(dòng)都隨轉(zhuǎn)速而變，其頻率為轉(zhuǎn)速頻率，但也伴有一 定的倍頻分量。 為了減少這兩類誤差所引起的振動(dòng)，要求加工和裝配后的上述誤差盡可能 小，并希望控制在0.02毫米以內(nèi)。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 3、機(jī)組中心不正對(duì)振動(dòng)的影響 現(xiàn)場(chǎng)所指的機(jī)組中心狀況，實(shí)際上是指轉(zhuǎn)子找中心狀況，轉(zhuǎn)子中心不正會(huì) 產(chǎn)生振動(dòng)，這幾乎已成為普通的常識(shí)了，但是在汽輪發(fā)電機(jī)組上

8、它所 產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理，卻有不同的理解。 活動(dòng)式靠背輪在空負(fù)荷下，由于傳送的力矩很小，在一定轉(zhuǎn)子中心偏差下 能自行調(diào)整，可以認(rèn)為它所產(chǎn)生的擾動(dòng)力對(duì)軸承振動(dòng)的影響很小，主 要是指固定式或半固定式靠背輪而言。以下的討論均是指此種型式的 靠背輪。 a)靠背輪上下開口大和上下圓周偏差大 上述偏差不論多大，當(dāng)擰緊靠背輪螺栓后，轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)同心，略去螺栓緊 力對(duì)轉(zhuǎn)子中心的影響，此時(shí)只影響轉(zhuǎn)子的各個(gè)軸瓦載荷的分配，它本 身并不直接產(chǎn)生振動(dòng)的擾動(dòng)力，只是當(dāng)軸瓦載荷改變太大時(shí)，有可能 導(dǎo)致油膜振蕩（載荷過?。┗蚴馆S瓦溫度升高（載荷過大）。軸瓦載 荷改變對(duì)振動(dòng)方面的另外影響是：可能會(huì)改變轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)下的撓曲和改 變軸系振

9、動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，使柔性轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài) 發(fā)生變化。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 b)靠背輪左右開口和圓周左右偏差大 同樣，上述偏差無論多大，當(dāng)擰緊靠背輪螺絲后，兩個(gè)轉(zhuǎn)子自然同心，略 去螺絲緊力對(duì)轉(zhuǎn)子中心的影響，此時(shí)只影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，即 軸頸偏移軸瓦的一側(cè)，它本身也不產(chǎn)生振動(dòng)的擾動(dòng)力，但是當(dāng)偏差太 大時(shí)，會(huì)影響軸瓦的正常工作（例如軸瓦溫度的升高），也可能會(huì)引 起動(dòng)靜磨擦。 4、軸瓦松動(dòng)引起的振動(dòng)特征 軸瓦因安裝時(shí)緊力不足或經(jīng)受長期的振動(dòng)后，會(huì)產(chǎn)生在洼窩中松動(dòng)的現(xiàn)象。 這不僅會(huì)造成軸承振動(dòng)（尤其是軸振動(dòng)）的增加，同時(shí)還伴有較高的 噪音，其振動(dòng)和

10、噪音的頻率相同，且為轉(zhuǎn)速的高倍頻（高次諧波共振 所致），有時(shí)有咚咚的響聲，振動(dòng)不穩(wěn)定。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 5、轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)裂紋，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子截面被破壞了對(duì)稱性，在圓周方向就存 在最大和最小兩個(gè)抗彎剛度，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周中，動(dòng)撓度會(huì)變化兩次， 因此將會(huì)引起兩倍于轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)。裂紋越大，兩倍的振動(dòng)分量也 越大。根據(jù)這一特征，反映在降速過程中，在1/2臨界轉(zhuǎn)速上，還會(huì)出 現(xiàn)一個(gè)明顯的振動(dòng)峰值。 由于帶裂紋的轉(zhuǎn)子剛度特性發(fā)生變化和剛度減小，除了產(chǎn)生兩倍頻振動(dòng)分 量外，一倍頻的振動(dòng)分量也會(huì)有所增大，因此在通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)， 一倍頻的振動(dòng)峰值也會(huì)增大。 此外，轉(zhuǎn)子存

11、在裂紋時(shí)剛度減小后，必然使其共振頻率降低，所以轉(zhuǎn)子在 運(yùn)行時(shí)的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速也要相應(yīng)降低。當(dāng)降低后的二階臨界轉(zhuǎn)速與兩 倍的工作轉(zhuǎn)速重合時(shí)，轉(zhuǎn)子兩倍頻的振動(dòng)分量在工作轉(zhuǎn)速下將引起二 階臨界轉(zhuǎn)速的共振，從而帶來裂紋迅速擴(kuò)展甚至轉(zhuǎn)子斷裂的嚴(yán)重后果。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 綜上所述，轉(zhuǎn)子存在裂紋時(shí)會(huì)出現(xiàn)多種振動(dòng)特征，使實(shí)際診斷轉(zhuǎn)子是否存 在裂紋時(shí)的工作顯得比較復(fù)雜和困難，尤其在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋的初期。 因此，加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)觀察分析一、二倍頻振動(dòng)分量的變化和擴(kuò) 展趨勢(shì)，特別是利用升降速過程扭矩發(fā)生變化，而使裂紋對(duì)振動(dòng)帶來 較敏感的響應(yīng)這一特性，都是診斷裂紋轉(zhuǎn)子的一些重

12、要手段。 6、軸承座的軸向振動(dòng) 關(guān)于軸承座的軸向振動(dòng)，首先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上述我們分析的引起汽輪發(fā)電 機(jī)組軸承座振動(dòng)的各種擾動(dòng)力都是徑向的，它們本身不會(huì)直接激起軸 承座的軸向振動(dòng)。提起軸承座的軸向振動(dòng)，使人很容易聯(lián)想到轉(zhuǎn)軸的 軸向竄動(dòng)或沿軸方向的振動(dòng)。事實(shí)上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸沿軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于軸 頸和軸瓦之間處于液體摩擦狀態(tài)和軸頸沿軸向運(yùn)動(dòng)速度很小，其摩擦 系數(shù)很低（0.010.03），因此傳給軸承座的軸向力很小。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 根據(jù)計(jì)算，一根10噸重的轉(zhuǎn)子，在3000r/min下，軸向振動(dòng)為100m時(shí)， 轉(zhuǎn)子傳給軸瓦的軸向激振力僅為0.052千克力。顯然，這是

13、一個(gè)微不足 道的激振力。因此可以說：轉(zhuǎn)子軸頸在油膜上沿軸方向的滑動(dòng)，幾乎 沒有力量傳給軸承座，它不可能引起軸承座的軸向振動(dòng)。 造成軸承座軸向振動(dòng)的原因，歸納起來有下列幾個(gè)方面： a)軸頸承力中心沿軸向周期性變化 轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，由于撓曲（或永久彎曲）軸頸在軸瓦內(nèi)的油膜承力中 心將跟隨轉(zhuǎn)速周期性地在軸向發(fā)生變化。如圖1-8a表示轉(zhuǎn)子在某一位 置時(shí)，油膜承力中心點(diǎn)Q偏于A側(cè)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180度后（如圖1-8b）， 油膜承力中心點(diǎn)Q偏于B側(cè)。由于軸承座和基礎(chǔ)組成的支承系統(tǒng)都具有 一定的彈性，因此在油膜承力中心點(diǎn)周期性變化的作用下，軸承座將 沿某一底邊發(fā)生周期性的偏轉(zhuǎn)而振動(dòng)，軸承座連接剛度不足時(shí)，這

14、種 現(xiàn)象更為顯著。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 b)軸承座不穩(wěn)固支承剛度不對(duì)稱 如圖1-9所示，它是一個(gè)發(fā)電機(jī)的后軸承座。引起該軸承座振動(dòng)的擾動(dòng)力 為C，如果軸承座左側(cè)的支承剛度小于右側(cè)，則軸承座左側(cè)垂直振幅大 于右側(cè)。顯然，即使不存在油膜承力中心周期性變化這一因素，由于 軸承座前后存在差別振動(dòng)，軸承座在軸向也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)分量軸向振 動(dòng)，其分量沿軸承座的高度增大而加大。又由于軸承座前后差別振動(dòng) 的大小與軸承垂直振動(dòng)大小直接有關(guān)，所以在現(xiàn)場(chǎng)常常遇到有些機(jī)組 的軸承座雖然不穩(wěn)固，但降低擾動(dòng)力使軸承的垂直振幅減小后，該軸 承的軸向振動(dòng)也能顯著的降低。 c)激振力投影點(diǎn)與

15、軸承座幾何中心不重合 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 如圖1-9所示，激振力C的投影點(diǎn)O1與軸承座軸向中心O不重合，盡管軸 承座前后剛度相同（或穩(wěn)定性相同），但是在激振力P的作用下，左側(cè) 臺(tái)板和基礎(chǔ)所承受的力要大于右側(cè)，變形亦大于右側(cè)，這就與軸承座 不穩(wěn)固會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)的機(jī)理一樣，產(chǎn)生軸向偏轉(zhuǎn)，由此引起軸向振 動(dòng)。 圖1-8軸頸承力中心變化引起的軸向振動(dòng) 圖1-9軸承座不穩(wěn)固引起的軸向振動(dòng) 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 軸承座軸向共振 在軸向?qū)挾容^小的發(fā)電機(jī)軸承上或勵(lì)磁機(jī)軸承上常會(huì)發(fā)生倍頻的軸向振動(dòng)。 引起倍頻的激振力主要是兩極發(fā)電機(jī)的

16、電磁激振力。當(dāng)發(fā)電機(jī)靜子剛度不 足或局部共振時(shí)，靜子上會(huì)產(chǎn)生倍頻的較大振動(dòng)，而當(dāng)軸承座的軸向 自振頻率恰好落入倍頻附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生較大的倍頻軸向振動(dòng)。 另一種引起倍頻的激振力是轉(zhuǎn)子剛性不對(duì)稱等，其振動(dòng)的特點(diǎn)是在機(jī)組 3000r/min無勵(lì)磁電流的情況下，勵(lì)磁機(jī)或發(fā)電機(jī)軸承就呈現(xiàn)顯著的倍 頻軸向振動(dòng)。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 7、動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)特征 a)動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦可分為兩種類型：一種是轉(zhuǎn)動(dòng)部分的摩擦部位不在轉(zhuǎn) 軸本身（例如葉輪、圍帶等與靜止部分發(fā)生摩擦），另一種是轉(zhuǎn)動(dòng)部 分的摩擦直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身。 摩擦部位發(fā)生在葉輪等轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，其振動(dòng)特征有時(shí)是穩(wěn)

17、定的，在時(shí)則可 能引起失穩(wěn)。如果處于穩(wěn)定狀態(tài)，反映出的振動(dòng)頻率具有很寬范圍， 其振動(dòng)主峰為轉(zhuǎn)速頻率；而當(dāng)處于失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，則振動(dòng)的主要頻率成 分為轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速頻率，此時(shí)振動(dòng)十分劇烈。 b)摩擦部位直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身時(shí)，往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果，轉(zhuǎn)軸將產(chǎn)生 熱彎曲，甚至產(chǎn)生永久彎曲。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 由于轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦?xí)r大都形成單側(cè)摩得重的現(xiàn)象，于是使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生徑向不 對(duì)稱溫差而引起熱彎曲。 動(dòng)靜摩擦引起轉(zhuǎn)子熱彎曲造成的振動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)速下有不同的反映，當(dāng) 轉(zhuǎn)子在第一臨界轉(zhuǎn)速以下時(shí)，振動(dòng)對(duì)動(dòng)靜摩擦最敏感。如圖1-10所 示，轉(zhuǎn)子原來的不平衡量為OA，H是轉(zhuǎn)

18、軸摩擦點(diǎn)，該點(diǎn)溫度高于對(duì)面 的一側(cè)，從而在OH方向產(chǎn)生一個(gè)熱不平衡量OB，OB與OA之間的夾 角 稱為滯后角，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速，則90，由此使 轉(zhuǎn)子摩擦后的總不平衡量OC將大于原來的不平衡量OA,從而造成動(dòng)靜 摩擦進(jìn)一步加重，轉(zhuǎn)子熱彎曲增大，使轉(zhuǎn)子新的總不平衡量再增大， 形成惡性循環(huán)，轉(zhuǎn)軸被越磨擦越彎，這對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行威脅很大， 往往以被迫停機(jī)而告終。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在第一臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，因滯后角90（見圖1-10b），摩 擦后的總不平衡量OC反而減少，而且由于轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，摩擦部分很 快被摩擦掉而不再發(fā)生摩擦。這種情況對(duì)機(jī)

19、組安全的威脅較上述小得 多。 圖1-10動(dòng)靜摩擦對(duì)振動(dòng)的影響 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 當(dāng)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速而接近二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，摩擦后引起的二階不平 衡分量方向與轉(zhuǎn)子上原來的二階不平衡分量方向仍為同相，其總的不 平衡量將明顯增大，從而引起進(jìn)一步的摩擦。甚至使轉(zhuǎn)軸發(fā)生彎曲， 所以這種情況也是危險(xiǎn)的。 因此，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速在一階與二階臨界轉(zhuǎn)速之間并對(duì)振動(dòng)反映最不靈敏的一 個(gè)轉(zhuǎn)速附近，轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦才是比較安全的。 由圖1-10可見，轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦后總的不平衡量的相位是不斷后退的，因此， 連續(xù)的摩擦過程就形成了振動(dòng)相位的周期性旋轉(zhuǎn)。這是轉(zhuǎn)軸發(fā)生摩擦 的又一振動(dòng)特征。 點(diǎn)

20、檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 8、轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動(dòng)特征 轉(zhuǎn)子熱彎曲是指轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下受熱后因徑向不對(duì)稱變形而產(chǎn)生的彎曲。 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲的原因很多，有轉(zhuǎn)軸的殘余內(nèi)應(yīng)力過大、材質(zhì)不均、 轉(zhuǎn)子徑向溫差不對(duì)稱（由于轉(zhuǎn)子受熱不均和傳熱熱阻不對(duì)稱等有關(guān)因 素引起），轉(zhuǎn)子上套裝件各臺(tái)肩之間軸向間隙不足、轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)有 液體以及動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦等等。 轉(zhuǎn)子熱彎曲本身所帶來的影響是產(chǎn)生不平衡離心力，從而引起與轉(zhuǎn)速同頻 率的振動(dòng)。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)反映出來的一般特征是：在冷態(tài)啟動(dòng)和通過 一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)變化不明顯。但運(yùn)行一段時(shí)間或延長暖機(jī)時(shí)間， 振動(dòng)就要增大。特別當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加時(shí)

21、，振動(dòng)的增大更為明顯。停機(jī) 后立即測(cè)量轉(zhuǎn)子彎曲，其彎曲值較啟動(dòng)時(shí)大，而經(jīng)過一階時(shí)間連續(xù)盤 車后，彎曲值又能恢復(fù)到原始數(shù)值。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 轉(zhuǎn)子存在熱彎曲現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)其產(chǎn)生的原因不同，有的是可以排除的，有 的則不容易排除，還有運(yùn)行若干時(shí)間之后能自行消除的。例如當(dāng)轉(zhuǎn)軸 內(nèi)應(yīng)力充分釋放后。 9電機(jī)電磁激振引起的振動(dòng)特征 電機(jī)轉(zhuǎn)子在帶有勵(lì)磁電流的情況下，都要產(chǎn)生電磁力，其大小一般是各極 均衡的。在工作時(shí)此電磁力使靜子產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速的兩 倍（對(duì)兩個(gè)電極而言）對(duì)轉(zhuǎn)子本身則不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但靜子的振動(dòng)免 不了要傳遞到軸承，所以在軸承上也能測(cè)到倍頻振動(dòng)。

22、這種振動(dòng)由于 與勵(lì)磁電流有關(guān)，故只需根據(jù)有無勵(lì)磁電流或改變勵(lì)磁電流大小就可 判斷。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 電機(jī)轉(zhuǎn)子在帶有勵(lì)磁電流的情況下，如果轉(zhuǎn)子線圈存在匝間短路或局部對(duì) 地短路，以及靜子與轉(zhuǎn)子之間空氣間隙不均勻時(shí)，都會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不 均衡的電磁力，此不均衡的電磁力隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，它不僅使靜子產(chǎn) 生振動(dòng)，而且使轉(zhuǎn)子本身也產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率等于轉(zhuǎn)速頻率。這 種振動(dòng)由于也與勵(lì)磁電流有關(guān)，故同樣可根據(jù)勵(lì)磁電流的有無與大小 來判斷。不過，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障時(shí)，往往還會(huì)引起轉(zhuǎn)子局部 受熱而產(chǎn)生熱彎曲的問題，因此其振動(dòng)性質(zhì)又包括有熱彎曲的成分， 即振動(dòng)大小與勵(lì)磁電

23、流大小之間存在時(shí)滯關(guān)系。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 10油膜振蕩的特征 滑動(dòng)軸承里的潤滑油膜，在一定的條件下也能迫使油膜上的轉(zhuǎn)軸作自激振 動(dòng)而產(chǎn)生油膜振蕩。油膜振蕩是轉(zhuǎn)子失穩(wěn)現(xiàn)象之一。轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時(shí)，振 動(dòng)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重失穩(wěn)時(shí)，其振幅將很快發(fā)散增大，危害很大。 a)油膜振蕩發(fā)生的過程及特征 最典型的油膜振蕩現(xiàn)象常發(fā)生在汽輪發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)升速過程中（有時(shí)在 超速試驗(yàn)中）。在失穩(wěn)轉(zhuǎn)速以前，轉(zhuǎn)動(dòng)是平穩(wěn)的。當(dāng)達(dá)到失穩(wěn)轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)軸發(fā)生渦動(dòng)，振動(dòng)的頻率約為當(dāng)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速的一半，因此常把這種 渦動(dòng)稱為半速渦動(dòng)。以后繼續(xù)升速，渦動(dòng)的角速度也將隨之增加，但 總是保持著約等于轉(zhuǎn)速

24、之半的比例關(guān)系。半速渦動(dòng)時(shí)振動(dòng)的幅值一般 不是很大。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 繼續(xù)升速，當(dāng)超越第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，半速渦動(dòng)會(huì)被更劇烈的臨界共振所掩 蓋，而當(dāng)越過第一臨界轉(zhuǎn)速以后，仍表現(xiàn)為半速渦動(dòng)。理論上只是當(dāng) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升高到比第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，由于半速渦動(dòng)的渦動(dòng) 速動(dòng)與轉(zhuǎn)軸的第一臨界轉(zhuǎn)速相重合，半速渦動(dòng)將被共振放大，而表現(xiàn) 為劇烈的振動(dòng)，這就是所謂油膜振蕩。油膜振蕩時(shí)的振幅比半速渦動(dòng) 大得多，轉(zhuǎn)軸的跳動(dòng)非常劇烈，甚至整個(gè)機(jī)組的所有軸承都會(huì)表現(xiàn)出 異常的振動(dòng)。油膜振蕩一旦發(fā)生，轉(zhuǎn)速再繼續(xù)升高，振動(dòng)頻率便始終 保持一階臨界轉(zhuǎn)速的頻率而不會(huì)再改變，共振的范圍

25、較寬。圖1-11表 示輕載軸承的失穩(wěn)過程。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 油膜振蕩不同于簡單的共振，它是不能用提高轉(zhuǎn)速的辦法沖過去的。油膜 振蕩在升速過程中發(fā)生時(shí)的轉(zhuǎn)速，要比降速過程中消失的轉(zhuǎn)速高一些， 這種慣性效應(yīng)是油膜振蕩的又一特征。 圖1-11油膜振蕩轉(zhuǎn)速特征 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 顯然，對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子和工作轉(zhuǎn)速低于兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速的撓性轉(zhuǎn)子，只可 能產(chǎn)生半速渦動(dòng)。只有工作轉(zhuǎn)速高于兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速的撓性轉(zhuǎn)子， 才可能發(fā)生油膜振蕩。此外，對(duì)于重載的撓性轉(zhuǎn)子，不經(jīng)過半速渦動(dòng) 就直接發(fā)生劇烈的油膜振蕩。 b)防止和消除油膜振蕩的

26、主要措施 現(xiàn)場(chǎng)消除油膜振蕩的經(jīng)驗(yàn)很多，通常都是通過改瓦來增大軸頸在軸承的偏 心率。據(jù)有關(guān)資料介紹，對(duì)于圓筒瓦，理論上只要軸頸在軸承內(nèi)的偏 心率大于0.8，或者當(dāng)軸頸從軸瓦最底部垂直向上浮起的高度小于軸承 半徑間隙的1/2時(shí)，軸頸總是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)動(dòng)壓潤滑理論，承載系數(shù)是和偏心率相對(duì)應(yīng)的，承載系數(shù)越大，偏心 率就越大，穩(wěn)定性就好，反之則否。承載系數(shù)可以表示為： 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 由式（1-5）可見，影響軸承穩(wěn)定的因素為： 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越高則承載系數(shù)越小，穩(wěn)定性就越差。 比壓P：比壓越大則承載系數(shù)越大，穩(wěn)定性就越好。 粘度：潤滑油的粘度越大

27、，則承載系數(shù)越小，穩(wěn)定性越差。因此，在 運(yùn)行機(jī)器上可適當(dāng)提高潤滑油溫度使油粘度降低或者直接更換為粘度 小的透平油以提高油膜的穩(wěn)定性。 a) 間隙c：軸承半徑間隙大，則承載系數(shù)大，穩(wěn)定性就越好。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 為了防止和消除油膜振蕩，通常是通過改瓦來增大軸頸在軸承內(nèi)的偏心率， 其主要措施為： 加大比壓 在冷態(tài)調(diào)整軸承中心時(shí)，考慮機(jī)組在運(yùn)行中各種因素對(duì)軸承中心的影響， 以防止熱態(tài)下軸承負(fù)荷發(fā)生不合理的分配，使負(fù)載過小的軸承可能出 現(xiàn)失穩(wěn)。 另一種加大比壓的方法是縮短軸承長度減小長徑比?，F(xiàn)場(chǎng)的做法有兩種， 一是適當(dāng)刮去軸瓦兩側(cè)烏金。國產(chǎn)第1臺(tái)N200機(jī)組

28、在6.7軸承上采取 的辦法是先在瓦的阻油邊位置烏金上補(bǔ)焊，然后在車床上加工新的阻 油邊，最后用刮刀把原來的阻油邊手工刮低。二是在下瓦承壓部位開 一中央溝，1臺(tái)350MW機(jī)組采用溝寬約50mm，張角70-80（見圖1- 12），使比壓提高10%，從而消除了油膜振蕩。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 減小軸承頂部間隙。對(duì)于圓筒瓦來講，就是使之成為橢圓瓦，對(duì)于橢圓 瓦而言，就是進(jìn)一步增加橢圓度。圓筒瓦的頂部間隙可減小到1-1.5 軸頸直徑，軸頸尺寸大的可取下限，反之取上限。對(duì)于橢圓瓦可偏于 下限。 圖1-12下面開溝圖示 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及

29、原因分析 增加上瓦烏金工作面積 多數(shù)圓筒瓦或橢圓瓦在上瓦中部往往開有一環(huán)形槽，使上瓦形成兩條烏金 帶，起工作面的作用。而在某些機(jī)組上，這兩條烏金帶非常窄，甚至 只能起到阻油邊的作用，減小頂隙的效果可能不大，因此，宜將減小 頂隙與增大上瓦烏金寬度的措施結(jié)合起來。為了使加寬烏金帶后冷卻 油的通流面積不變，可把變窄的中間油槽適當(dāng)加深。 刮大軸瓦兩側(cè)間隙。橢圓軸承或圓筒軸承的側(cè)隙近似地就是其半徑間隙， 刮大側(cè)隙的實(shí)質(zhì)就是增大軸瓦的半徑間隙，刮大側(cè)隙后，軸瓦的橢圓 度也將有所增加。半徑間隙增大后，軸瓦的承載系數(shù)將增大，穩(wěn)定性 得以提高。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 在現(xiàn)場(chǎng)

30、，增大側(cè)隙有時(shí)也采用下面兩種措施： a.減少軸頸和下瓦的接觸角，一般可減小到40-45。 b.刮進(jìn)、出口油囊（如圖1-13）所示，在下瓦進(jìn)油側(cè)和出油側(cè)都刮舌形油 囊，角應(yīng)大于60，要特別注意修刮工藝，切勿刮成如圖1-14所示的 臺(tái)階狀。 圖1-13刮油囊示意圖 圖1-14下瓦臺(tái)階示意圖 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 換用穩(wěn)定性能好的軸瓦。一般來說，橢圓瓦因?yàn)橛袃蓚€(gè)承載區(qū)，所以穩(wěn) 定性較圓筒瓦為好，但承載能力較差。三油楔軸承的穩(wěn)定性比橢圓型 略好或差不多。可傾瓦是由多個(gè)可以圍繞其支點(diǎn)作微小擺動(dòng)的瓦塊所 組成，根據(jù)理論分析，若不考慮瓦塊的慣性或支點(diǎn)摩擦，每塊瓦塊作 用

31、到軸頸上的油膜力總是通過軸頸中心的，不易產(chǎn)生失穩(wěn)分力，因此 具有較高的穩(wěn)定性，甚至可以完全避免油膜振蕩的產(chǎn)生。 國內(nèi)在處理油膜振蕩故障的實(shí)踐中，采用橢圓型軸承均取得了滿意的效果。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 11轉(zhuǎn)子的間隙激振 間隙激振或稱汽流激振，也是一種自激振動(dòng)。是隨著高參數(shù)大容量汽輪機(jī) 組的出現(xiàn)而發(fā)生的問題，已經(jīng)引起人們的重視。據(jù)資料介紹，大約在 1965年，BBC公司第一次遇到汽流激振現(xiàn)象，是發(fā)生在一臺(tái)300MW汽 輪機(jī)組上，其后在其它一些制造廠生產(chǎn)的多臺(tái)汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上也有 發(fā)生。共同的特點(diǎn)是，當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷增加到某一負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子 軸振動(dòng)急劇增大到

32、嚴(yán)重水平，振動(dòng)的頻率等于高壓轉(zhuǎn)子最低的一個(gè)自 振頻率。如果降負(fù)荷低于這個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，振動(dòng)立即減小到正常水平。對(duì) 于噴嘴調(diào)節(jié)的高壓汽輪機(jī)，不穩(wěn)定的負(fù)荷點(diǎn)常與這些調(diào)節(jié)閥中某一個(gè) 閥門的開度有關(guān)。 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 對(duì)于汽流激振的機(jī)理，分析的方法不一，以下分析兩種汽流激振的機(jī)理。 a)軸封腔室內(nèi)壓力周向變化而產(chǎn)生的激振力 為了便于闡明，將軸封簡化為兩個(gè)齒（見圖1-15），分別代表入口齒和出 口齒。軸封腔室內(nèi)的壓力正比于腔室里的氣體量。 圖1-15軸封 點(diǎn)檢工程案例主機(jī)常見振動(dòng)故障(1) 振動(dòng)故障特征及原因分析 假定轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)在平均位置，前后齒尖間隙相等，入流等于出流，腔室內(nèi)無 環(huán)流發(fā)生。若出口齒間隙小于入口齒間隙，即m1m2（見圖1- 15a），當(dāng)轉(zhuǎn)子作徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，出口齒通流面積的