汽輪機振動分析與故障排除

1、成人高等教育畢業(yè)設(shè)計題 目： 汽輪機振動分析與故障排除 學(xué)院(函授站）： 機械工程學(xué)院 年級專業(yè)： 熱能與動力工程 層 次： 本科 學(xué) 號： 姓 名： 張華 指導(dǎo)教師： 起止時間： 年 月 日 月 日內(nèi)容摘要我國經(jīng)濟的快速發(fā)展對我國電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了保障城市經(jīng)濟的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強汽輪機組日常保養(yǎng)與維護，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護部門的重要任務(wù)。汽輪機組作為發(fā)電廠重要組成部分其異常振動對于整個發(fā)電系統(tǒng)都有著重要的影響，汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機組振動的原因。因

2、此，針對汽輪機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。針對導(dǎo)致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關(guān)鍵。文章就汽輪機異常振動的原因進行了分析與故障的排除，在振動監(jiān)測方面應(yīng)做的工作進行了簡要的論述。關(guān)鍵詞:汽輪機；異常振動；分析；排除目錄內(nèi)容摘要1前言3第一章 振動原因查找和分析4第2章汽輪機組常見異常震動的分析與排除42.1汽流激振現(xiàn)象與故障排除52.2轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機組異常振動特征、原因及排除52.3摩擦振動的特征、原因與排除6第三章運行方面63.1 機組膨脹63.2 潤滑油溫63.3軸封進汽溫度73.4機組真空和排汽缸溫度73.5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流73.6

3、斷葉片7第四章 關(guān)于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析7第五章在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作8結(jié)論9前言對轉(zhuǎn)動機械來說，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。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面在振動增大，甚至強烈振動。 而強烈振又會導(dǎo)致機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

4、振動是汽輪發(fā)電機運轉(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組，必須經(jīng)過試運行，測試各軸承振動及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機組投入運行。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)或投入正常運行。第一章 振動原因查找和分析汽輪機組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點。由于其運行時間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機組的正常運行。汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機組振動的原因，比如進汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等

5、。因此，針對汽輪機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。針對導(dǎo)致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關(guān)鍵。汽輪機正常運行時，由于軸承座受熱膨脹，補償了軸承座固定螺栓頭部同壓板間冷態(tài)預(yù)留的膨脹間隙，二者間應(yīng)基本處于無間隙狀態(tài)。軸承座每側(cè)2個固定螺栓都采取了連接點焊的防松措施，因此螺栓不會自己松動退出。因此固定螺栓頭部同壓板間出現(xiàn)較大間隙的原因只能是軸承座出現(xiàn)了下沉，軸承座與固定螺栓對應(yīng)處下移量大致等于該部位實際出現(xiàn)的間隙量。在前軸承座中，徑向軸承的安裝位置靠近后端兩個支承點，由于軸承座后端下沉量較大，所以徑向軸承實際下沉量要大于軸承座平均下沉量（0.85mm）

6、。 汽輪機前徑向軸承隨軸承座下沉，引起其上支承的汽輪機轉(zhuǎn)子前端下沉，轉(zhuǎn)子下沉量大致等于前徑向軸承下沉量。經(jīng)查資料汽輪機前軸封，平衡盤汽封及前幾級葉輪汽封處徑向間隙均為0.200.40mm，因此轉(zhuǎn)子的下移量足以使轉(zhuǎn)子前端同汽缸前汽封下部及前幾級隔板汽封下部產(chǎn)生磨擦，引起轉(zhuǎn)子和汽缸振動，轉(zhuǎn)子振動帶動軸承座產(chǎn)生振動。因汽缸質(zhì)量較大，受影響相對小些。由于磨擦主要發(fā)生在前端，所以轉(zhuǎn)子前端及前軸承座振動升幅比后端要大。動靜部件間的磨擦和產(chǎn)生的振動也使現(xiàn)場噪音有所增加。 軸承座四角不均勻下沉，也破壞了軸承座中心線同轉(zhuǎn)子中心線的平行狀態(tài)，使徑向和止推軸承瓦塊工作狀況變壞；另外軸承座帶動轉(zhuǎn)子下沉，還使轉(zhuǎn)子在汽缸

7、內(nèi)的徑向位置嚴(yán)重偏心，這些都是激起轉(zhuǎn)子振動的重要原因。 分析認(rèn)為造成軸承座下沉的原因大致有3點：球形墊下部與可調(diào)支承螺母間磨損；球形墊上部與軸承座下支承面間發(fā)生磨損；可調(diào)支承螺母松動下移。 第2章 汽輪機組常見異常震動的分析與排除引起汽輪機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。 2.1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)

8、象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間的記錄每次機組振動的數(shù)據(jù)，連同機組滿負(fù)荷時的數(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。通過改變汽輪機不同負(fù)荷時高壓調(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。 2.2轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機組異常振動特征、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)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負(fù)

9、荷階段，此時轉(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)致機組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，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，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，振幅的

10、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，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)子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機組也就不會出現(xiàn)異常振動。 2.3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)時間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，測量大軸的晃度

11、比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實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。第三章 運行方面如果在機組設(shè)計制造、安裝和檢修期間各方面都能保證質(zhì)量，那機組就不會發(fā)生振動大而影響運行了嗎？答案是否定的，機組的振動除了與上面闡述的各方面因素有關(guān)外，還與機組的運行狀況存在很大的關(guān)系。3.1 機組膨脹前面已經(jīng)講到，機組的滑銷系統(tǒng)對機組振動的影響情況，而機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

12、問題時，如果運行人員操作不當(dāng)，機組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機過程中，當(dāng)機組的暖機時間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機組的開機過程。當(dāng)機組的膨脹不充分時，極易引起機組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動。3.2 潤滑油溫軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時，外界因素的變化很容易引起機組振動的產(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)，

13、過高過低都對油膜的形成不利。3.3軸封進汽溫度每一軸封的進汽溫度都不一樣，在運行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進汽溫度會對機組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸封進汽溫度對機組振動的影響主要表現(xiàn)為進汽溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機組振動的影響機理在前面已經(jīng)述及。3.4機組真空和排汽缸溫度 機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，所以會對機組的振動產(chǎn)生影響。3.5 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流 當(dāng)電流通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹

14、，當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時，由于膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子自身存在膨脹不均時，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)電機轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子時會產(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。3.6斷葉片 當(dāng)汽輪機發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時可能不會被察覺，因為

15、振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現(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)計制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運行中在增減機組負(fù)荷時應(yīng)盡量平穩(wěn)。第四章 關(guān)于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析 生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據(jù)振動產(chǎn)生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會有下列現(xiàn)象：升速時振動與轉(zhuǎn)速的二次方

16、成正比，轉(zhuǎn)速高振動大。特別過臨界時振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復(fù)性好。根據(jù)振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除另外對于一些原本設(shè)計上有通病的機組，要做好心理準(zhǔn)備并牢記其故障點，一旦出現(xiàn)情況首先要檢查設(shè)計缺陷部件。例如：東汽三缸兩排氣200MW汽輪機,軸封系統(tǒng)同300MW,現(xiàn)低壓缸的兩端軸承震動常在6、7絲左右，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)如能維持低壓軸封供汽溫度在120130度時，振動基本能降到4絲左右。加負(fù)荷時振動要上升，穩(wěn)定一段時間后要下降，如果低壓軸封供汽溫度在150度以上時，

17、振動也要上漲。通過分析我們可以看出振動主要發(fā)生在#4軸承，其主要原因是#4軸承座在排汽缸上，支撐剛性太差，對溫度較為敏感，使#4軸承的標(biāo)高發(fā)生變化。東方300MW汽輪機也存在同樣的情況，這可能是設(shè)計上的一大通病。針對這一原因，其故障排除要加固#4軸承座的支撐，測量溫度對#4軸承標(biāo)高的具體影響值，以便在找中心時事先降低#4軸承標(biāo)高。 第五章 在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作目前200MW及以上的機組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對振動實施在線監(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，有的機組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機組的

18、振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅持定期（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，給汽機車間專業(yè)人員和運行現(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，專業(yè)人員應(yīng)及時向領(lǐng)導(dǎo)匯報，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運行中如發(fā)現(xiàn)機組振動異常時，應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動表進行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時，應(yīng)立即打閘停機。如振動增加雖未達到0.05mm，但振動異常時聽到機組有響聲（如掉葉片等），或機內(nèi)聲音異常時，也應(yīng)停機進行檢查。對一般的振動增大，也應(yīng)向車間匯報，以便組織分析原因，采取措施。 結(jié)論汽輪機異常振動時汽輪機運行過程中不可避免的故障，同時也是較為常