振動故障機(jī)理及案例

1、振動故障機(jī)理及案例東北電力科學(xué)研究院常強(qiáng)2009年8月轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n機(jī)理：轉(zhuǎn)子殘余質(zhì)量不平衡過大，產(chǎn)生較大離心激振力，轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)振動響應(yīng)較大。n對于撓性轉(zhuǎn)子來說，低階不平衡響應(yīng)對高轉(zhuǎn)速下的振動響應(yīng)影響較小n不平衡故障可以通過動平衡試驗消除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n故障特征：振動頻率成分以工頻振動為主在固定轉(zhuǎn)速下，振幅和相位比較穩(wěn)定振動隨轉(zhuǎn)速變化比較明顯，其他工況的變動對振動影響不大。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n案例一：軸流式送機(jī)現(xiàn)場動平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡表1 B送風(fēng)機(jī)動平衡數(shù)據(jù)輪轂側(cè)軸承水平振動(m)電機(jī)側(cè)軸承水平振動(m)通頻工頻通頻工頻平衡前第一次啟動328286278152119

2、273平衡前第二次啟動306271283測點(diǎn)故障平衡后32.528.216426.720.1172轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n案例2：200MW機(jī)組現(xiàn)場動平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n2009年1月，機(jī)組在運(yùn)行過程中發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子漏水事故，隨即停機(jī)檢修。n檢修后轉(zhuǎn)子應(yīng)返回制造廠進(jìn)行高速動平衡，考慮到工期及費(fèi)用的因素，決定采用現(xiàn)場低速動平衡，機(jī)組啟動后再進(jìn)行現(xiàn)場高速動平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n轉(zhuǎn)子使用ENTEKB140型移動式軟支撐動平衡機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場低速動平衡。n平衡精度達(dá)到國標(biāo)GB9239-88 G2.5級n平衡中轉(zhuǎn)子上配重調(diào)整量達(dá)5kg。 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n振動分析：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一、二階模態(tài)振動

3、響應(yīng)都比較明顯。工作轉(zhuǎn)速下振動受二階模態(tài)影響較為明顯，發(fā)電機(jī)兩個軸承振動相位接近相反。事故前汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子振動較好，說明低壓轉(zhuǎn)子的平衡沒有問題。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n平衡方案：在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上添加一組650g的反對稱重量。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡n該案例總結(jié)：撓性轉(zhuǎn)子采用剛性平衡法平衡后，可以大幅減小其不平衡量，使轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下振動不致過大。剛性聯(lián)軸器連接的各轉(zhuǎn)子振動相互影響較大。動靜碰磨n故障機(jī)理：轉(zhuǎn)子局部高速碰磨后迅速發(fā)熱，使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，產(chǎn)生很大的不平衡力，轉(zhuǎn)子振動隨之迅速上升。由于動靜碰磨是一種復(fù)雜的非線性過程，因此會產(chǎn)生一些復(fù)雜的振動現(xiàn)象。動靜碰磨n故障特征：轉(zhuǎn)子在升速過程中接近一階

4、臨界轉(zhuǎn)速時振動迅速增大，停機(jī)過程中振動明顯大于升速過程。通常發(fā)生在一階臨界轉(zhuǎn)速之下的碰磨較為嚴(yán)重，危害也較大。在有些情況下，發(fā)生在高轉(zhuǎn)速下的碰磨也會嚴(yán)重影響振動。動靜碰磨n案例一：150MW機(jī)組調(diào)試啟動過程中發(fā)生碰磨故障動靜碰磨動靜碰磨n機(jī)組啟動前軸晃度指示約為10m，停機(jī)投入盤車后，軸晃度指示約為80m，經(jīng)過數(shù)小時的盤車，又恢復(fù)到10m 。n經(jīng)過數(shù)次啟動后，再次啟動時注意監(jiān)視和調(diào)整汽缸金屬溫度。機(jī)組終于順利定速。動靜碰磨n案例二：600MW機(jī)組發(fā)電機(jī)碰磨n振動現(xiàn)象：機(jī)組第一次啟動。在升速至400r/min進(jìn)行定速檢查的時候，發(fā)電機(jī)的軸振和瓦振持續(xù)增大，最后因軸振達(dá)到保護(hù)值（250m）而跳機(jī)，

5、惰走過程中軸振最大達(dá)到380m。 。動靜碰磨n在盤車檢查時，發(fā)現(xiàn)5瓦外側(cè)裸露軸段有一處灼燒痕跡，用手摸可以明顯感覺到發(fā)熱。在此處打百分表測量也顯示，軸頸晃度較大，達(dá)到60m，高于啟動前的測量值30m。因此可以確定在5瓦處，軸頸與油擋發(fā)生了較為嚴(yán)重的碰磨。 動靜碰磨n5號軸承的油擋采用的是尼龍材料，而不是以往常用的金屬材料，因此安裝時忽略了發(fā)生嚴(yán)重碰磨的可能性，將動靜間隙留得較小。在機(jī)組啟動后，轉(zhuǎn)子隨即與油擋發(fā)生碰磨。由于此處轉(zhuǎn)子軸頸較粗，在低轉(zhuǎn)速下，其軸頸表面線速度也比較大，因此碰磨情況比較嚴(yán)重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部產(chǎn)生高溫，發(fā)生熱彎曲，進(jìn)一步加重了碰磨。最后導(dǎo)致軸承振動迅速增大而跳機(jī)。 動靜碰磨故障

6、的一般處理原則n如果觀察到轉(zhuǎn)子在較低轉(zhuǎn)速下振動過大，尤其是瓦振偏大，且在固定轉(zhuǎn)速下持續(xù)增大時，發(fā)生碰磨故障的可性能很大，應(yīng)及時停機(jī)，不能再嘗試升速越過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。n機(jī)組在啟動（尤其是冷態(tài)）過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各項參數(shù)，各項保護(hù)均應(yīng)投入，當(dāng)因振動大跳機(jī)后，不能立即掛閘再次啟動動靜碰磨故障的一般處理原則n機(jī)組停機(jī)后，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)盤車，同時檢查轉(zhuǎn)子晃度。一般來說，碰磨后的轉(zhuǎn)子晃度會嚴(yán)重超標(biāo)。n經(jīng)盤車后如果轉(zhuǎn)子晃度回到原始值，并且聽音檢查無異常，機(jī)組各項參數(shù)均正常的情況下，可以嘗試再次啟動。動靜碰磨故障的一般處理原則n一般較為輕微的碰磨經(jīng)過一兩次啟動后即可消除，轉(zhuǎn)子可以順利通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。n如果轉(zhuǎn)子連續(xù)數(shù)次

7、不能通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，不能再次啟動機(jī)組，更不能通過放寬保護(hù)限值甚至解保護(hù)的方式強(qiáng)行沖動，否則極易造成轉(zhuǎn)子嚴(yán)重磨損和永久彎曲的嚴(yán)重事故。轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生碰磨n故障機(jī)理：此類故障一般發(fā)生在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中，由于運(yùn)行操作不當(dāng)，加負(fù)荷過快，使金屬溫度變化較快，各部件膨脹變形不均勻，局部動靜間隙消失，產(chǎn)生摩擦。同時，某些轉(zhuǎn)子的二階臨界轉(zhuǎn)速較為靠近工作轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子摩擦變形后激起較大的二階模態(tài)振動，嚴(yán)重時會導(dǎo)致跳機(jī)。轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生碰磨n案例：某600MW機(jī)組，在大修后并網(wǎng)發(fā)電，此時低壓轉(zhuǎn)子前軸承振動偏大。在加負(fù)荷至約300MW時，低壓轉(zhuǎn)子振動增大，隨后降低負(fù)荷，一段時間后振動降低，隨后再次加負(fù)荷，

8、轉(zhuǎn)子振動持續(xù)增大，約十幾分鐘后跳機(jī)。轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生碰磨n故障應(yīng)對：對于新建機(jī)組或大修后的機(jī)組，在加負(fù)荷過程中應(yīng)該小心操作，加減負(fù)荷速率不能太快，同時應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視和控制各項運(yùn)行參數(shù)。在加負(fù)荷過程中如果出現(xiàn)振動顯著增大的情況，應(yīng)及時減負(fù)荷。待轉(zhuǎn)子振動降低且平穩(wěn)后再進(jìn)行加負(fù)荷操作。部件飛脫n故障機(jī)理：n轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時，部件突然飛脫，產(chǎn)生較大的不平衡力，轉(zhuǎn)子振動突然增大。n部件飛脫后，有可能伴隨產(chǎn)生碰磨故障。一般情況下，振動突變后，轉(zhuǎn)子振動維持在較高水平。部件飛脫n故障特征：機(jī)組在運(yùn)行中軸承振動突然增大。轉(zhuǎn)子振動不再回復(fù)到以前的狀態(tài)。在機(jī)組惰走過臨界時，振動顯著增大。部件飛脫n案例：800MW機(jī)組汽

9、輪機(jī)葉片飛脫該機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行，且保持較為穩(wěn)定負(fù)荷的情況下，高中壓轉(zhuǎn)子振動突然增大，增長趨勢呈階躍形態(tài)。隨后振動始終保持在一個較高的水平。在機(jī)組停機(jī)過程中，高壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動值過大，已經(jīng)超過了跳機(jī)值。部件飛脫n機(jī)組停機(jī)經(jīng)過長時間盤車后，曾經(jīng)嘗試啟動兩次，都因為靠近臨界轉(zhuǎn)速時振動過大而失敗，隨后的揭缸檢查發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子某一級有兩個相鄰的葉片從根部斷裂脫落。轉(zhuǎn)子裂紋n故障機(jī)理：目前裂紋轉(zhuǎn)子的動力特性尚處于研究階段。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋后，徑向剛度不對稱，會產(chǎn)生顯著的二倍頻振動。轉(zhuǎn)子裂紋n振動現(xiàn)象：機(jī)組運(yùn)行時軸承振動持續(xù)增大，這個過程可能會持續(xù)一個月，開始時增長比較緩慢，越往后增長越快。軸承振動中出現(xiàn)顯著的

10、二倍頻分量。如果裂紋產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子跨內(nèi)，則在臨界轉(zhuǎn)速下振動會非常大。轉(zhuǎn)子裂紋n案列：600MW機(jī)組小軸裂紋轉(zhuǎn)子裂紋2009年2月底至3月中旬，該機(jī)組7瓦振動持續(xù)小幅增長。3月19日，6、7瓦振動突然發(fā)生大幅階躍式增長 。此后，7瓦振動快速增大。7瓦振動信號中有明顯的二倍頻成分。轉(zhuǎn)子裂紋轉(zhuǎn)子裂紋n停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，小軸聯(lián)軸器頸部有一條較長裂紋。n更換小軸后，機(jī)組再次啟動，振動情況良好。轉(zhuǎn)子裂紋轉(zhuǎn)子裂紋轉(zhuǎn)子裂紋出現(xiàn)早期，機(jī)組的振動不會發(fā)生顯著的變化。轉(zhuǎn)子裂紋的擴(kuò)展周期較長。在機(jī)組振動顯著增大后，轉(zhuǎn)子裂紋已經(jīng)擴(kuò)展至較大范圍。油膜振蕩n故障機(jī)理：軸承設(shè)計不合理，軸系穩(wěn)定性較差，在機(jī)組受到外界擾動后，軸系振動失穩(wěn)。振動迅速增大?？蓛A瓦穩(wěn)定性最好，應(yīng)用較廣。圓筒瓦、3油楔