汽輪機組振動初探

1、汽輪機組振動初探周 宏摘要：汽輪機組過大的振動危害極大，為了確保機組的安全可靠運行，了解振動的相關知識對汽輪機組的安全運行意義重大。 關鍵詞：振動 頻譜 診斷 分析the discussion about steam turbines vibrationZHOU Hong(Power Plant,ChongQing Iron & Steel Co. Ltd.，ChongQing 400084，China)AbstractSteam turbines larger vibration is harmful.In order to ensure the safety of steam tu

2、rbine，we should study some knowledge about steam turbines vibration , it is very important to us.Key words：vibration spectra diagnosis analysis1 引言動力廠的旋轉設備較多，其中尤以汽輪鼓風機、汽輪發(fā)電機和TRT發(fā)電機最為重要。由于汽輪機組是高速運行的回轉設備，通常都有一定程度的振動。然而，振動是汽輪機組運行中最常見的主要故障之一，當機組發(fā)生過大的振動時會產生以下危害：直接造成汽輪機組事故：如果機組振動過大，且發(fā)生在機組前部，則有可能引起危急保安器誤動作

3、，導致故障停機；損壞機組事故：如汽輪機組的各軸瓦面因振動造成巴氏合金破裂或者脫落、軸承支座的連接螺釘松動以及與機組連接的部分管道損壞；動靜部分摩擦：汽輪機組過大的振動可能導致汽輪機轉子葉片圍帶磨損引起葉片松動甚至金屬塊脫落撞擊后級葉片造成轉子損壞的特大事故，還可能導致高低壓汽封和隔板汽封(鼓風機的前后氣封)、軸承油擋發(fā)生磨損，嚴重時劃傷軸頸，甚至造成轉子彎曲等嚴重事故；損壞機組轉子零部件：機組轉子零部件松動或造成機組基礎松動及周圍建筑物的損壞。由于振動過大的危害性極大，所以在機組啟停及正常運行過程中應加強對汽輪機組振動的監(jiān)測，保證其振動值控制在規(guī)定的范圍以內，確保機組安全運行。本文就汽輪機組振

4、動的相關知識及故障診斷進行了簡要的闡述。2 振動的周期信號和離散頻譜 雖然汽輪機組在運行過程中由于負荷的變化可能引起機組轉速的變化波動，但是在某一時間段內，我們可以將汽輪機組的轉速視為恒定轉速，其振動信號即可視為周期信號。周期信號是按一定的時間間隔T(周期)不斷重復的信號，它通常滿足以下關系式；x(t)=x(t+nt)根據高等數學知識，在有限區(qū)間上，任何周期函數(信號)x(t)凡滿足狄里赫利條件都可以展開成傅立葉級數。傅立葉級數的三角函數展開式如下： 其中： T 周期 圓頻率，=2/T，n=1，2，3將表達式中的同頻項合并，可以改寫成：其中： tg=/ 從以上表達式我們可以得出一個結論：任何一

5、個滿足狄里赫利條件的復雜周期信號，都可以看作是一個直流分量和若干個具有諧波分量的正弦信號之和。以圓頻率為橫坐標，幅值或相角為縱坐標所作的圖稱為頻譜圖，圖叫幅頻譜，圖為相頻譜。由于n為整數序列，相鄰頻率的間隔=2/T，即各頻譜都是的整數倍，因而頻譜是離散的。其中稱為基頻，n次倍頻成分稱為n次諧波。因此，我們看到的汽輪機組振動頻譜分析中看到的并不是連續(xù)的頻譜，而是離散的頻譜。3 振動信號的測試 目前動力廠使用的振動測試裝置主要有以下三種；1、便攜式振動儀：這種振動儀可以簡單測量汽輪機組軸承蓋殼體的振動位移、速度和加速度值，測量簡單，攜帶方便，不需要特殊的要求；2、專業(yè)復合型振動測試儀：如在新風機使

6、用的美國本特利3300監(jiān)測系統(tǒng)，它測試的是機組的轉軸振動，因此其測量的數值較便攜式測振儀更加準確，但是由于傳感器離高速旋轉的轉軸較近，故它對安裝的要求較高。它采用模塊化設計，可以加裝不同的測量模塊同時測量機組的熱膨脹和軸向位移；3、專業(yè)振動頻譜分析儀：它測量汽輪機機組軸承蓋殼體的振動位移、速度和加速度值，通過計算機顯示出振動的時域記錄(即時間峰值圖)，由于時域記錄只能給出強度的概念，可以將它經過頻譜分析后則可以得到頻域記錄(即頻率峰值圖)，我們據此可以探尋其振動的根源，因此它較前兩種振動測量裝置而言更加可靠實用，可以用于大部分機械振動故障的分析和診斷。由于便攜式振動儀的使用比較簡單，現主要對后

7、兩種裝置進行概述。 專業(yè)復合型測試儀和專業(yè)振動頻譜分析儀主要由振動傳感器和儀表本體(分析軟件)兩個部分組成，其振動傳感器也稱為拾振器，它的作用是將機械振動的位移、速度和加速度轉換成電壓、電流或電荷信號，輸入儀表系統(tǒng)，經過相應處理后顯示出位移、速度和加速度值，或經過計算機軟件分析后得到時域圖和頻譜圖等相關信息。專業(yè)復合型振動測試儀 專業(yè)振動復合型振動測試儀的傳感器通常是固定在支架上，而支架又固定在軸瓦或者軸承支座上，所以通過此方法測量出來的轉軸振動值實際上是轉軸相對于軸瓦或軸承支座的相對振動。其傳感器的安裝一般采用右圖所示的安裝方法。 在安裝過程中，我們應該特別注意傳感器的初始間隙值，它的大小直

8、接影響測量的精確度。如果間隙值太小，那么在機組運行過程中就有可能導致傳感器被高速轉動的轉軸摩擦損壞；如果間隙太大，則在機組運行過程中就有可能得到較大誤差的測量值，從而影響機組的安全正常運行。由于汽輪機轉子旋轉和機組帶負荷后，轉子相對于傳感器將發(fā)生一定的位移。為了獲得合適的傳感器工作間隙值，在安裝時應先估算出轉子從靜態(tài)到動態(tài)機組帶負荷后軸頸位移值和位移方向，以便使測量更為精確。根據相關資料得知，轉子從靜態(tài)到工作轉速，軸頸抬高大約為軸瓦頂隙的1/2，水平方向位移與軸瓦的形式、軸瓦兩側間隙和機組的滑銷系統(tǒng)工作狀況有關，一般位移值為0.050.20mm，位移方向如左圖所示。 此外，在安裝過程中，應采用

9、屏蔽性能較好的儀表傳輸線，以防止其他儀表或無線電信號對測量信號的干擾，影響機組振動的測量精確度。專業(yè)振動頻譜分析儀專業(yè)振動頻譜分析儀的傳感器是一個磁性裝置，測量時將它固定在被測機組的軸承蓋上。此測量裝置一般只需測量兩個方向，即垂直于轉軸軸線的垂直方向和機組轉子軸線方向就可以得到機組運行的振動狀況。其連接示意圖如右所示。 在測量過程中，可以通過選擇相應的位移、速度和加速度檔就測得相應的數值。4 振動參數的合理選擇 在振動測試中合理選擇測振儀器是十分重要的，如果選擇不當往往會得出錯誤的結果。主要是選擇適當的頻率特性、靈敏度和量程范圍。由于低頻振動的位移較大，但是其加速度值卻很小。反之，在高頻振動中

10、盡管位移很小，然而加速度值卻很大。因此，對于低頻旋轉機械，其頻率為10 Hz200 Hz(頻率f=轉速n/60)時，一般應用位移和速度檔進行測量；對于高頻旋轉機械，其頻率為20kHz時，則應用加速度檔進行測量，此類設備還包括齒輪和滾動軸承等。5 振動值的分析評價 評定機組的振動良好狀況有三種方法；通過國家標準進行評定 在我國制定的電力工業(yè)技術管理法規(guī)中規(guī)定，評定機組振動以軸承垂直、水平、軸向三個方向振動中最大者作為評定的依據。這三個方向分別為：軸承垂直振動測點在軸承座頂蓋上的正中位置；水平振動測點在軸承蓋中分面正中位置，平行于水平面，垂直于轉子軸線；軸向振動測點在軸承蓋上方與轉子軸線平行。評定

11、汽輪機組振動的運行工況時，是以機組在工作轉速下以各種負荷(包括滿負荷)下某一軸承某一方向的振動最大值作為機組振動狀態(tài)的依據。電力工業(yè)技術管理法規(guī)中規(guī)定的汽輪發(fā)電機機組振動標準(雙振幅：m)汽輪發(fā)電機組轉速(r/min)優(yōu)良合格15003050703000203050相對評定法 我們可以將汽輪機組當前測量的振動值與以前測量的振動值進行比較，并繪制出振動值趨勢圖，當出現劣化的趨勢時應及時采取相應的措施確保機組安全運行。類比評定法 汽輪鼓風機組的振動規(guī)定值以機組的說明書為依據，也可參照電力工業(yè)技術管理法規(guī)中規(guī)定的汽輪發(fā)電機機組振動標準根據實際情況修正后作為測量的依據。6 振動的故障分析判斷實例便攜式

12、振動儀測量的簡易判斷：V垂直位置的振動值，H水平位置的振動值，A軸向位置的振動值當V的數值遠大于H值和A值時，可以判定故障為機組基礎松動所致；當H的數值遠大于V值和A值時，可以判定故障為轉子軸系不平衡所致；當A的數值遠大于V值和H值時，可以判定故障為汽輪機與發(fā)電機(鼓風機)轉子不對中所致。專業(yè)振動頻譜分析儀測量的簡易判斷：如下所示為2002年4月30日測量的6#電動風機1#軸承的時域圖和頻譜圖： 時域圖頻譜圖說明：上半部分為1#軸承，下半部分為2#軸承由于電動風機的主電機轉速為1485r/min，其基頻應該為=1485/60=24.75Hz。從頻譜圖中我們可以看出：名 稱1#軸承振幅2#軸承振

13、幅結 論25 Hz(基頻)1.95m0.93m兩軸承振動狀況合格50 Hz(2倍頻)29.14m1.07m1#軸承振幅偏大，應盡快檢修由于1#軸承的振幅明顯偏大，故決定利用高爐休風期間對1#軸承進行解體檢查。經過對軸承解體檢查后發(fā)現1#軸承的瓦面上附著有一薄層細微的油雜質，對其進行了清洗處理。經過檢修后對機組的運行狀況進行了測量，其時域圖和頻譜圖如下：時域圖頻譜圖從以上頻譜圖中我們可以得知：名 稱1#軸承振幅2#軸承振幅結 論25 Hz(基頻)0.96m1.22m兩軸承振動狀況優(yōu)良50 Hz(2倍頻)0.18m0.21m兩軸承振動狀況優(yōu)良在使用專業(yè)振動頻譜分析儀進行振動測量時應該注意以下幾點：

14、當頻譜所示振幅較大或頻率不符時，應重復測量多次，以避免由于偶然誤差引起的誤判斷，確保測量的準確性。如果測量所得振幅偏大(不論頻率正常與否)，應對其垂直方向、水平方向和軸向方向全部進行測試，初步診斷其成因，并擬訂相關施工方案，須盡快進行檢修，以消除振動對機組的影響。如果測量所得振幅偏小，但是基頻與倍頻率的振幅不符合變化規(guī)律時，應密切關注振動的變化情況，利用正常停機時間對機組進行檢修。 根據振動信號的時域圖和頻譜圖進行設備的故障診斷是一項難度很大的工作，主要是由于同一故障可以表現出多種癥狀，同一癥狀可由不同故障引起，不同類型的設備其故障與癥狀的對應關系也可能不盡一樣，這種對應關系與運行條件、環(huán)境條

15、件、故障歷史及維修情況有著密切聯系。下面就一般的情況進行歸納總結： .汽輪機組軸系不平衡主要引起基頻振動； .機組軸系不對中不僅影響基頻振動，還可引起2倍頻及其它高倍頻振動； .滑動軸承油膜渦動的振動頻率為(0.420.48)倍頻×轉速n，油膜振蕩的振動頻率為轉子的一階臨界轉速頻率； .機組轉子與固定部件之間的摩擦激發(fā)較寬頻帶的振動，可能包括基頻、倍頻、次諧波、轉子零部件固有頻率； .機組轉子組件松動的振動頻率以基頻為主，可能伴有倍頻或1/2×轉速n、1/3×轉速n等分數倍頻； .不平衡量增大，則徑向水平、垂直兩個方向的振幅同時增加； .機組軸系不對中徑向振幅增大，但同時還可引起軸向振動增大； .機組基礎松動時垂直方向振動明顯大于水平方向振動； .機組轉子組件松動引起的振動，其幅值不穩(wěn)定； .軸承油膜渦動和油膜振蕩則以徑向振動為主，振幅不穩(wěn)定； .機組轉子裂紋引起的2倍頻振動，水平方向和垂直方向的振幅大小相近。汽輪機組振動是一個相當復雜的問題，而且其成因較多，以上所述猶如大海中的一滴