汽輪機(jī)故障第六講 汽輪機(jī)組常見橫向振動(dòng)故障的.ppt

第六講汽輪機(jī)組常見橫向振動(dòng)故障的診斷 振動(dòng)是汽輪機(jī)組狀態(tài)最常見的外部表現(xiàn)形式 振動(dòng)信號(hào)中包含了豐富的機(jī)組狀態(tài)信息 當(dāng)機(jī)組的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí) 其振動(dòng)形態(tài)也將隨之發(fā)生改變 利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法 對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析 可提取反映機(jī)組狀態(tài)的信息 本講主要討論如何利用振動(dòng)信號(hào)來診斷汽輪機(jī)組的故障 第一節(jié)轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷 轉(zhuǎn)子不平衡是汽輪機(jī)組最為常見的故障 統(tǒng)計(jì)分析表明 汽輪機(jī)組的大部分振動(dòng)是與轉(zhuǎn)速同步的振動(dòng)信號(hào) 引起汽輪機(jī)組同步振動(dòng)的原因可能有原始質(zhì)量不平衡 轉(zhuǎn)子熱不平衡 轉(zhuǎn)子熱彎曲 旋轉(zhuǎn)部件脫落 轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢等 這些原因都將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡 不同原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡故障的規(guī)律基本相近 但也各有特點(diǎn) 一 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡1 故障機(jī)理分析轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障產(chǎn)生的機(jī)理是 轉(zhuǎn)子的各橫截面的質(zhì)心連線與各截面的幾何中心的連線不重合 從而使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí) 各截面離心力構(gòu)成一個(gè)空間連續(xù)力系 轉(zhuǎn)子的撓度曲線為一連續(xù)的三維曲線 這個(gè)空間離心力力系和轉(zhuǎn)子的撓度曲線是旋轉(zhuǎn)的 其旋轉(zhuǎn)的速度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同 從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生工頻振動(dòng) 2 故障特征分析當(dāng)轉(zhuǎn)子有質(zhì)量不平衡故障時(shí) 在不平衡力的作用下轉(zhuǎn)子將發(fā)生振動(dòng) 振動(dòng)的主要特征有 l 轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是一個(gè)與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動(dòng) 振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速按振動(dòng)理論中的共振曲線規(guī)律變化 在臨界轉(zhuǎn)速處達(dá)到最大值 因此 轉(zhuǎn)子不平衡故障的突出表現(xiàn)為一倍頻振動(dòng)幅值大 同時(shí) 出現(xiàn)較小的高次諧波 整個(gè)頻譜呈所謂的 樅樹形 2 在一定的轉(zhuǎn)速下 振動(dòng)的幅值和相位基本上不隨時(shí)間發(fā)生變化 3 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形或橢圓形 4 動(dòng)態(tài)下 軸線彎曲成空間曲線 并以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繞靜態(tài)軸心線旋轉(zhuǎn) 3 故障判斷依據(jù)對(duì)于汽輪機(jī)組而言 無論其平衡狀況有多么好 總是或多或少地存在質(zhì)量不平衡 所以 其振動(dòng)頻譜中始終有一倍頻分量 這種情況是允許的 這里有必要引入一個(gè)判斷轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障的標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障時(shí) 轉(zhuǎn)子的整體振動(dòng)水平肯定會(huì)超標(biāo) 在轉(zhuǎn)子振動(dòng)水平超標(biāo)的情況下利用如下方法來判斷轉(zhuǎn)子是否出現(xiàn)了不平衡故障 設(shè)診斷開始時(shí)與轉(zhuǎn)速同步的振動(dòng)矢量為XN 通頻矢量為XM 當(dāng)滿足 0 7 且振幅和相位不隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí) 機(jī)組存在轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障 二 轉(zhuǎn)子初始彎曲所謂轉(zhuǎn)子初始彎曲 是指在冷態(tài)和靜態(tài)條件下 轉(zhuǎn)子各橫截面的幾何中心線與轉(zhuǎn)子兩端軸承的中心連線不重合 從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏心質(zhì)量 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡振動(dòng) 有初始彎曲的轉(zhuǎn)子具有與質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子相似的振動(dòng)特征 所不同的是初彎轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速較低時(shí)振動(dòng)較明顯 趨于彎曲值 在汽輪機(jī)組中 通常用盤車時(shí)和盤車后測量到的晃度的大小來判斷轉(zhuǎn)子是否存在初始彎曲 三 轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡1 故障機(jī)理分析在機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)過程中 由于熱交換速度的差異 使轉(zhuǎn)子橫截面產(chǎn)生不均勻的溫度分布 使轉(zhuǎn)子發(fā)生瞬時(shí)熱彎曲 產(chǎn)生較大的不平衡 從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng) 轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲引起的振動(dòng)一般與負(fù)荷有關(guān) 改變負(fù)荷 振動(dòng)相應(yīng)地發(fā)生變化 但在時(shí)間上較負(fù)荷的變化滯后 隨著盤車或機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 整機(jī)溫度趨于均勻 振動(dòng)會(huì)逐漸減小 2 故障特征分析 1 轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動(dòng)頻譜類似 2 振動(dòng)的幅值和相位隨負(fù)荷發(fā)生變化 3 在一定的負(fù)荷下 振動(dòng)的幅值和相位隨時(shí)間發(fā)生變化 4 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡類似 3 故障判斷依據(jù)當(dāng)轉(zhuǎn)子振動(dòng)值超標(biāo) 且式滿足的情況下 若振幅和相位隨時(shí)間發(fā)生變化 則說明轉(zhuǎn)子存在熱態(tài)不平衡故障 四 轉(zhuǎn)子部件脫落1 故障機(jī)理分析平衡狀況良好的轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中突然有部件脫落時(shí) 會(huì)引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 在不平衡質(zhì)量的作用下會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng) 當(dāng)脫落的部件質(zhì)量相當(dāng)大時(shí) 會(huì)使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量不平衡 從而使轉(zhuǎn)子的振幅值突然增大 尤其是 若轉(zhuǎn)子的振幅值非常大時(shí) 就會(huì)導(dǎo)致二次事故的發(fā)生 2 故障特征分析 1 轉(zhuǎn)子部件脫落后 轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動(dòng)頻譜類似 2 轉(zhuǎn)子部件脫落的前后 振動(dòng)的幅值和相位突然發(fā)生變化 3 部件脫落一段時(shí)間后 振動(dòng)的幅值和相位趨于穩(wěn)定 4 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡類似 五 轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢1 故障機(jī)理分析如果蒸汽的品質(zhì)長期不合格 隨著時(shí)間的推移 將在汽輪機(jī)的動(dòng)葉和靜葉表面上結(jié)垢 使轉(zhuǎn)子原有的平衡遭到破壞 振動(dòng)增大 由于結(jié)垢需要相當(dāng)長的時(shí)間 所以 振動(dòng)是隨著年月逐漸增大的 并且 由于通流條件變差 軸向推力增加 機(jī)組級(jí)間壓力逐漸增大 效率逐漸下降 2 故障特征分析 1 轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動(dòng)頻譜類似 2 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡類似 3 振動(dòng)的幅值和相位隨時(shí)間發(fā)生極為緩慢的變化 這種變化有時(shí)需要一個(gè)月甚至數(shù)個(gè)月才能發(fā)現(xiàn)明顯的差別 4 機(jī)組的出力和效率逐漸下降 5 各監(jiān)視段的壓力隨時(shí)間的變化而緩慢增加 第二節(jié)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障的診斷隨著機(jī)組參數(shù)的不斷提高 動(dòng)靜間隙的不斷減小 機(jī)組在運(yùn)行過程中 由于裝配不良 轉(zhuǎn)子不平衡t過大 軸彎曲 機(jī)械松動(dòng)或零部件缺陷等原因 可能導(dǎo)致動(dòng)靜部件之間發(fā)生碰磨 碰磨是汽輪機(jī)組的常見故障之一 且往往是其他故障的誘發(fā)故障 在國產(chǎn)200MW及以上的機(jī)組中 已有多臺(tái)因動(dòng)靜碰磨而造成轉(zhuǎn)子彎曲的嚴(yán)重事故 一 轉(zhuǎn)子碰磨的幾種類型按摩擦的部位可分為徑向碰磨 軸向碰磨和組合碰磨 轉(zhuǎn)子外緣與靜止部件接觸而引起的摩擦稱為徑向碰磨 轉(zhuǎn)子在軸向與靜止部件接觸而引起的摩擦稱為軸向碰磨 既有徑向摩擦又有軸向摩擦的碰磨稱為組合碰磨 動(dòng)靜碰磨的幾種類型示意圖按轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)與靜止部件的接觸情況分為整周碰磨和部分碰磨 轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的一周中始終與靜止的碰磨點(diǎn)保持接觸 稱為整周碰磨 轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的一周中只有部分弧段發(fā)生接觸 稱為部分碰磨 另外 按照摩擦的程度分為早期碰磨 中期碰磨和晚期碰磨 二 動(dòng)靜碰磨對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響動(dòng)靜碰磨含有三種物理現(xiàn)象 碰撞 摩擦和軸系剛度的改變 下面分析由這三種物理現(xiàn)象產(chǎn)生的效應(yīng) 1 碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面 1 改變轉(zhuǎn)子的振動(dòng)形態(tài) 碰撞相當(dāng)于給轉(zhuǎn)子及靜子一個(gè)脈沖 能將轉(zhuǎn)子和靜子的固有頻率激發(fā)起來 因此 轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動(dòng)是由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)和沖擊產(chǎn)生的自由振動(dòng)的疊加而形成的 從而使振動(dòng)在頻譜中的高頻分量增加 2 碰磨點(diǎn)限制了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng) 使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)波形發(fā)生畸變 產(chǎn)生削波現(xiàn)象 3 在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生較大的法向力和切向力 2 摩擦產(chǎn)生的效應(yīng) 1 動(dòng)靜部分摩擦 使機(jī)組的零部件磨損 影響機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 使機(jī)組的效率下降 2 使轉(zhuǎn)子和靜子局部過熱 從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱態(tài)彎曲 3 在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生附加扭矩 使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 4 產(chǎn)生切向摩擦力 摩擦使轉(zhuǎn)子從正向渦動(dòng)轉(zhuǎn)向反向渦動(dòng) 3 軸系剛度變化產(chǎn)生的效應(yīng)軸系剛度不僅與轉(zhuǎn)子的材料有關(guān) 而且與軸系的邊界條件有關(guān) 動(dòng)靜碰磨時(shí) 邊界條件改變了 其剛度發(fā)生變化 剛度增加 固有頗率增加 軸系將不穩(wěn)定 可能發(fā)生自激振動(dòng) 四 振動(dòng)特征分析1 振動(dòng)的時(shí)城波形特征當(dāng)轉(zhuǎn)子未發(fā)生碰磨故障時(shí) 振動(dòng)的時(shí)域波形為正弦波 當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨故障時(shí) 振動(dòng)的時(shí)域波形發(fā)生崎變 出現(xiàn)削波現(xiàn)象 如圖所示 另外 在振動(dòng)信號(hào)中有奇異信號(hào) a 無故障時(shí)的時(shí)域波形 b 碰磨故障時(shí)的時(shí)域波形 動(dòng)靜碰磨故障下的幅值譜 a 轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻譜 b 軸承座振動(dòng)頻率 2 振動(dòng)的頻譜特征由動(dòng) 靜部分碰磨而產(chǎn)生的振動(dòng) 具有豐富的頻譜特征 如圖5 9所示 碰磨故障的振動(dòng)信號(hào)既有1X 工頻 2X 3X 4X成分 又有大于5X的高頻成分 同時(shí)還有 0 0 39X 0 4 0 49X 0 5X和 0 51 0 99X 的低頻成分 振動(dòng)有時(shí)還會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生緩慢的變化 3 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡特征 1 若發(fā)生的是整周碰磨故障 則軸心運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形或橢圓形 且軸心軌跡比較紊亂 2 若發(fā)生的是單點(diǎn)局部碰磨故障 則軸心運(yùn)動(dòng)軌跡呈內(nèi) 8 字形 如圖 a 所示 3 若發(fā)生的是多點(diǎn)局部碰磨故障 則軸心運(yùn)動(dòng)軌跡呈花瓣形 如圖 b 所示 a b 發(fā)生碰磨故障時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡圖 a 單點(diǎn)局部碰磨時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡 b 多點(diǎn)局部碰磨時(shí)的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡 第三節(jié)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的診斷一 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的類型所謂不對(duì)中 是指用聯(lián)軸器連結(jié)起來的兩根軸的中心線存在偏差 這種偏差有如下幾種類型 1 平行不對(duì)中 所謂平行不對(duì)中 是指兩根軸的中心線產(chǎn)生了平行偏移 如圖 a 所示 2 偏角不對(duì)中 偏角不對(duì)中是指兩根軸的中心線存在一定的夾角 如圖 b 所示 3 組合不對(duì)中 所謂組合不對(duì)中 是指兩根軸的中心線既產(chǎn)生了平行偏移 又存在一定的夾角 如圖 c 所示 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的幾種類型圖 a 平行不對(duì)中 b 偏角不對(duì)中 c 組合不對(duì)中對(duì)中性包括靜止?fàn)顟B(tài)下的冷對(duì)中和運(yùn)行狀態(tài)下的熱對(duì)中 影響轉(zhuǎn)子對(duì)中性的因素有 連接到機(jī)組上的管道系統(tǒng) 支座與基礎(chǔ) 機(jī)架 應(yīng)對(duì)中的各軸的熱關(guān)系等 不對(duì)中的作用就像轉(zhuǎn)子上有一個(gè)不定向的預(yù)載荷 容易引起軸向振動(dòng) 二 故障特征分析 1 當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不對(duì)中故障時(shí) 從振動(dòng)的時(shí)域波形上可看出旋轉(zhuǎn)基本頻率的高次成分 2 從振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖上可以發(fā)現(xiàn)工頻的高次分量 如2X和3X振動(dòng) 尤其是X2振動(dòng)非常明顯 如圖所示 不對(duì)中故障的頻譜特征圖 3 當(dāng)不對(duì)中比較輕微時(shí) 軸心軌跡呈橢圓形 當(dāng)不對(duì)中故障達(dá)到中等程度時(shí) 軸心軌跡呈香蕉形 當(dāng)不對(duì)中故障較嚴(yán)重時(shí) 軸心軌跡呈外 8 字形 第四節(jié)油膜渦動(dòng)與油膜振蕩故障的診斷一 油膜渦動(dòng)1 轉(zhuǎn)軸在油膜力作用下的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)當(dāng)軸徑在軸瓦中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 在軸徑與軸瓦之間的間隙中形成油膜 油膜的流體動(dòng)壓力使軸徑具有承載能力 當(dāng)油膜的承載力與外界載荷平衡時(shí) 軸徑處于平衡位置 當(dāng)轉(zhuǎn)軸受到某種外來擾動(dòng)時(shí) 軸承油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復(fù)力以保持和外載荷平衡外 還要產(chǎn)生一垂直于偏移方向的切向失穩(wěn)分力 這個(gè)失穩(wěn)分力會(huì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子作渦動(dòng)運(yùn)動(dòng) 當(dāng)阻尼力大于切向失穩(wěn)力時(shí) 這種渦動(dòng)是收斂的 即軸徑在軸承內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的 當(dāng)切向分力大于阻尼力時(shí) 渦動(dòng)是發(fā)散的 軸徑運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的 油膜振蕩就屬于這種情況 介于兩者之間的渦動(dòng)軌跡為封閉曲線 半速渦動(dòng)就是這種情況 2 半速渦動(dòng)的機(jī)理 半速渦動(dòng)的原理示意圖假設(shè)油在軸承中無端泄 油在軸瓦表面的流動(dòng)速度為零 而在軸徑表面的流動(dòng)速度等于軸徑表面的線速度 且兩者間隙中的油流速度是線性變化的 如圖所示 在連心線上 AB截面流入油楔的流量為 在CD處流出的流量為 兩個(gè)流量之差應(yīng)等于因渦動(dòng)引起收斂油楔隙內(nèi)流體容積的增加率 即 由此可得式中r 軸徑半徑 B 軸承寬度 c 軸承間隙 e 軸心偏心距 軸徑渦動(dòng)角速度 w 軸徑轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 這就是所謂的半速渦動(dòng)的含義 實(shí)際上 由于軸承端泄等因素的影響 一般渦動(dòng)頻率略小于轉(zhuǎn)速的一半 約為轉(zhuǎn)速的0 42 0 46倍 二 油膜振蕩故障的形成轉(zhuǎn)軸在發(fā)生半速渦動(dòng)之前的轉(zhuǎn)動(dòng)是平穩(wěn)的 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的值時(shí) 轉(zhuǎn)子發(fā)生半速渦動(dòng) 一般稱發(fā)生半速渦動(dòng)的轉(zhuǎn)速為失穩(wěn)轉(zhuǎn)速 發(fā)生半速渦動(dòng)后 隨著轉(zhuǎn)速的升高 渦動(dòng)角速度也隨之增加 但總保持著約等于轉(zhuǎn)動(dòng)速度一半的比例關(guān)系 半速渦動(dòng)一般并不劇烈 當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升高到比第一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后 半速渦動(dòng)的渦動(dòng)速度與轉(zhuǎn)軸的第一階臨界轉(zhuǎn)速相重合即產(chǎn)生共振 表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振動(dòng)現(xiàn)象 稱為油膜振蕩 油膜振蕩一旦發(fā)生之后 就將始終保持約等于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的渦動(dòng)頻率 而不再隨轉(zhuǎn)速的升高而升高 三 油膜振蕩故障的特征分析1 油膜振蕩故障的頻譜特征油膜振蕩是軸頸帶動(dòng)潤滑油高速流動(dòng)時(shí) 高速油流反過來激勵(lì)軸頸 使其發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象 轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí) 軸頂在軸承內(nèi)繞其中心高速旋轉(zhuǎn) 但失穩(wěn)后 軸頸不僅繞其中心高速 旋轉(zhuǎn) 而且軸頸中心本身將繞平衡點(diǎn)甩轉(zhuǎn)或渦動(dòng) 這種渦動(dòng)頻率一般約為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的一半 稱為半速渦動(dòng) 當(dāng)轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速比較低時(shí) 渦動(dòng)頻率可能與轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速相等或接近 其渦動(dòng)振幅將被共振放大 即產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng) 此時(shí)稱為油膜振蕩 由此可見 當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí) 其振動(dòng)的主要頻率成分為臨界轉(zhuǎn)速 一般是第一階臨界轉(zhuǎn)速 左右的頻率 一般來說 在油膜振蕩的形成和發(fā)展過程中 轉(zhuǎn)子振動(dòng)有如下的頻譜特征 當(dāng)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)出現(xiàn)油膜渦動(dòng)時(shí) 振動(dòng)的頻率成分中0 5X振動(dòng)很大 且0 5X振動(dòng)的幅值與振動(dòng)幅值的比值隨轉(zhuǎn)速而變化 從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 若僅僅是半速渦動(dòng) 這個(gè)比值在 0 3 2 0 范圍內(nèi) 若比值超過2 0 則將很快發(fā)展成油膜振蕩 當(dāng)出現(xiàn)油膜振蕩時(shí) 振動(dòng)的主要成分的頻率近似地等于1X 這里 表示轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的第一階臨界轉(zhuǎn)速 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 出現(xiàn)油膜振蕩故障時(shí) 振動(dòng)的幅值與振動(dòng)的幅值之比大于2 0 2 振動(dòng)時(shí)城波形特征轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動(dòng)和油膜振蕩故障時(shí) 振動(dòng)的時(shí)域波形會(huì)發(fā)生畸變 在工頻的基波上盈加了低頻成分 有時(shí)低頻分量占主要地位 3 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡特征當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜振蕩故障時(shí) 轉(zhuǎn)子渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同 即正向進(jìn)動(dòng) 軸心軌跡呈花瓣形4 油膜振蕩故障發(fā)生過程中伴隨的其他現(xiàn)象 1 油膜振蕩故障的發(fā)生和消失具有突然性 并具有慣性效應(yīng) 即升速時(shí)產(chǎn)生振蕩的轉(zhuǎn)速比降速時(shí)振蕩消失的轉(zhuǎn)速要大 2 油膜振蕩故障發(fā)生時(shí) 油膜經(jīng)歷了破壞 建立 破壞 建立 這樣的反復(fù)過程 軸頸和軸承不斷碰磨 產(chǎn)生撞擊聲 軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動(dòng) 3 油膜振蕩對(duì)轉(zhuǎn)速和油溫的變化較敏感 4 軸承載荷小或偏心率小的轉(zhuǎn)子 容易發(fā)生油膜振蕩 工作轉(zhuǎn)速高于2倍一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子容易發(fā)生油膜振蕩 第六節(jié)蒸汽振蕩故障的診斷一 蒸汽激振的機(jī)理分析汽輪機(jī)的蒸汽間隙 是轉(zhuǎn)子和靜子之間的徑向動(dòng)靜間隙 亦稱徑向間隙 在安裝時(shí)應(yīng)是均勻?qū)ΨQ無偏差 由于轉(zhuǎn)子彎曲 汽缸膨脹變形跑偏 或者汽流作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子切向推力 均可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與靜子的徑向間隙的變化出現(xiàn)偏差 這種偏差會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子上的促使其渦動(dòng)的切向力 當(dāng)有葉片圍帶時(shí) 此力更大 研究表明 在汽輪機(jī)的軸端汽封和隔板汽封中亦存在同樣的激振力 國產(chǎn)200MW及以上的汽輪機(jī)組曾發(fā)生過由蒸汽振蕩故障導(dǎo)致的嚴(yán)重事故 在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中 蒸汽的激振力來自于下面幾個(gè)方面 1 葉頂間隙產(chǎn)生的激振力在汽輪機(jī)中 當(dāng)轉(zhuǎn)子偏心時(shí) 轉(zhuǎn)子葉輪和汽缸間的間隙沿周向不均勻 使間隙的漏汽量重新分布 小間隙處產(chǎn)生大推力 大間隙處產(chǎn)生小推力 其結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子中心位移的橫向力 此力將誘發(fā)轉(zhuǎn)子渦動(dòng) 該力的大小與這一級(jí)葉輪的功率成正比 與葉片的高度成反比 2 汽封產(chǎn)生的激振力 1 圍帶汽封產(chǎn)生的激振力 在汽輪機(jī)的高壓級(jí)中 由于蒸汽的容積流量小 為了減少漏汽損失 常在動(dòng)葉頂部圍帶處設(shè)置汽封以減少葉頂漏汽 蒸汽在圍帶汽封處產(chǎn)生的激振力的大小與汽封前燕汽的參數(shù) 壓力 溫度 汽封后蒸汽的參數(shù) 壓力 汽封間隙處的半徑以及進(jìn)人汽封的蒸汽的周向速度有關(guān) 一般來說 汽封前蒸汽的參數(shù)越高 進(jìn)人汽封的蒸汽的周向速度越大 蒸汽產(chǎn)生的激振力越大 2 隔板汽封產(chǎn)生的激振力 隔板汽封位于靜葉根部 其所處位置的半徑小 且動(dòng)葉出口汽流余速較小 進(jìn)人隔板汽封的汽流的預(yù)旋較小 蒸汽產(chǎn)生的激振力較小 3 軸端汽封產(chǎn)生的激振力 高壓轉(zhuǎn)子的軸端汽封幾乎覆蓋了高壓轉(zhuǎn)子的一半 進(jìn)人軸端汽封的蒸汽參數(shù)很高 根據(jù)對(duì)一臺(tái)產(chǎn)生嚴(yán)重自激振動(dòng)的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的考察 證明其原因主要是高壓缸前汽封中汽流激振所引起 并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn) 軸端汽封一般是迷宮式汽封 蒸汽在迷宮式汽封內(nèi)流動(dòng)時(shí) 對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的作用力類似于滑動(dòng)軸承對(duì)轉(zhuǎn)子的作用力 研究表明 迷宮汽封對(duì)轉(zhuǎn)子的激振力與汽封的進(jìn)出口壓力 進(jìn)汽預(yù)旋速度 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 汽封的結(jié)構(gòu)參數(shù) 轉(zhuǎn)子渦動(dòng)半徑和渦動(dòng)頻率有關(guān) 二 蒸汽振蕩故障的特征分析汽輪機(jī)發(fā)生蒸汽振蕩故障時(shí) 將出現(xiàn)下列故障征兆 1 轉(zhuǎn)子正向渦動(dòng) 渦動(dòng)頻率為0 6 0 9倍工頻 2 軸心運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形 3 強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí) 有可能激發(fā)轉(zhuǎn)子的一階自振頻率 表現(xiàn)為自激振動(dòng) 強(qiáng)振時(shí)的主要頻率為轉(zhuǎn)子的一階固有頻率 且頻帶較寬 4 負(fù)荷存在一個(gè) 門限值 在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈振動(dòng) 5 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也存在一個(gè) 門限值 在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈的振動(dòng) 6 振動(dòng)的再現(xiàn)性強(qiáng) 7 一般在轉(zhuǎn)子不平衡 不對(duì)中和偏心時(shí)容易發(fā)生 8 振動(dòng)的大小 跟機(jī)組的負(fù)荷有密切關(guān)系 9 蒸汽振蕩故障多發(fā)生在汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子上 第七節(jié)非轉(zhuǎn)動(dòng)部件松動(dòng)故障的診斷部件配合松動(dòng)是汽輪機(jī)組的常見故障之一 部件松動(dòng)故障分為兩大類 一類是非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的配合松動(dòng)故障 另一類是轉(zhuǎn)動(dòng)部件的配合松動(dòng)故障 其中前者