機(jī)組18種振動(dòng)故障診斷技術(shù)

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大不平衡

汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)、次末級(jí)葉片在運(yùn)行過(guò)程中突然斷裂飛脫，屬于大不平衡響應(yīng)問(wèn)題。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)響應(yīng)為非線性特性，且大幅劇烈振動(dòng)往往導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩的發(fā)生，這是理論計(jì)算所不能真實(shí)模擬的。只有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)真實(shí)地反映大不平衡狀態(tài)下軸系的振動(dòng)響應(yīng)。2

熱不平衡

由于轉(zhuǎn)子材質(zhì)各項(xiàng)異性、轉(zhuǎn)子橫截面徑向加熱/冷卻不均勻——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)氫冷/水冷通道局部堵塞、內(nèi)摩擦效應(yīng)——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻等原因引起的與轉(zhuǎn)子溫度以及軸系轉(zhuǎn)速密切相關(guān)的轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲，其表現(xiàn)為不平衡的振動(dòng)特征。3

動(dòng)靜碰摩當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件徑向/軸向間隙消失時(shí)，則發(fā)生動(dòng)靜碰摩故障。振動(dòng)頻譜除基頻分量外，還含有次諧波分量和/或高次諧波分量。應(yīng)以振動(dòng)變化量或振幅作為停機(jī)值，由于仍然存在碰摩，停機(jī)惰走過(guò)程振動(dòng)比升速過(guò)程振動(dòng)大，可破真空縮短惰走時(shí)間。連續(xù)盤(pán)車(chē)數(shù)小時(shí)后，掛閘開(kāi)機(jī)。一般經(jīng)過(guò)幾次摩合，動(dòng)靜碰摩即消失，振動(dòng)可處于穩(wěn)定狀態(tài)。

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汽流激振

由于葉頂徑向間隙不均產(chǎn)生切向分力、端部軸封徑向間隙不均產(chǎn)生壓力渦動(dòng)、順序閥進(jìn)汽方式使轉(zhuǎn)子受到向上的蒸汽力產(chǎn)生輕載，再加上軸瓦穩(wěn)定裕度不足，而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激振動(dòng)。該振動(dòng)敏感于負(fù)荷，低頻分量一般為半頻、嚴(yán)重時(shí)也會(huì)與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)。有時(shí)單獨(dú)改變軸瓦設(shè)計(jì)并不能消除該故障，應(yīng)改進(jìn)汽封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整調(diào)門(mén)開(kāi)啟順序及開(kāi)度、調(diào)整安裝間隙等才能徹底解決問(wèn)題。蒸汽激振出現(xiàn)在機(jī)組并網(wǎng)之后、負(fù)荷逐漸增加的過(guò)程中，主要特點(diǎn)是振動(dòng)敏感于負(fù)荷，且一般發(fā)生在較高負(fù)荷。突發(fā)性振動(dòng)通常有一個(gè)門(mén)檻負(fù)荷，超過(guò)此負(fù)荷，立即激發(fā)蒸汽激振，而當(dāng)負(fù)荷降低至某一數(shù)值時(shí)，振動(dòng)即能恢復(fù)，有較好的重復(fù)性。蒸氣激振引起的振動(dòng)有時(shí)與調(diào)門(mén)的開(kāi)啟順序和調(diào)門(mén)開(kāi)度有關(guān)，通過(guò)調(diào)換或關(guān)閉有關(guān)閥門(mén)能夠避免低頻振動(dòng)的發(fā)生或減小低頻振動(dòng)的幅值。蒸汽激振產(chǎn)生的自激振動(dòng)為轉(zhuǎn)子的正向進(jìn)動(dòng)，發(fā)生嚴(yán)重蒸汽激振產(chǎn)生自激振動(dòng)的振動(dòng)頻率通常與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速頻率相吻合，在絕大多數(shù)情況下振動(dòng)成份以接近工作轉(zhuǎn)速一半的頻率分量為主。此外，由于實(shí)際蒸汽力和軸承油膜力的非線性特性，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)其它一些諧波頻率分量。5

油膜失穩(wěn)/振蕩

在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，如果潤(rùn)滑軸承的阻尼消耗的能量小于油膜力切向分量所做的功，則轉(zhuǎn)子發(fā)生不穩(wěn)定的渦動(dòng)，振動(dòng)頻率約為同步頻率的一半，故常稱(chēng)為油膜半速渦動(dòng)。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速二倍以上時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生油膜振蕩現(xiàn)象，此時(shí)，無(wú)論機(jī)器轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升至多少，渦動(dòng)頻率將鎖定轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率。

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結(jié)構(gòu)共振

軸承座、汽缸、發(fā)電機(jī)端蓋/定子、管道等結(jié)構(gòu)的固有頻率接近機(jī)組軸系運(yùn)行轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率，則運(yùn)行工況下這些機(jī)械結(jié)構(gòu)處于共振狀態(tài)，表現(xiàn)為大振幅的劇烈振動(dòng)。通過(guò)傳遞后，可影響機(jī)組軸承座振幅。一般情況下，應(yīng)對(duì)該機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元?jiǎng)犹匦杂?jì)算、并進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)修改，使其固有頻率遠(yuǎn)離運(yùn)行轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率，即可避免結(jié)構(gòu)共振的發(fā)生。7

不對(duì)中汽輪發(fā)電機(jī)組軸系不對(duì)中分為聯(lián)軸器不對(duì)中（外圓、端面）、軸承座標(biāo)高不合理、轉(zhuǎn)子與定子周向間隙不均。可通過(guò)低轉(zhuǎn)速下相對(duì)軸振的晃度、升速過(guò)程的軸心位置圖、軸瓦溫度、回油溫度、大負(fù)荷工況下高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)、并網(wǎng)前后發(fā)電機(jī)振動(dòng)頻譜的變化來(lái)進(jìn)行診斷分析。8

轉(zhuǎn)子裂紋

轉(zhuǎn)子裂紋初期，振幅增長(zhǎng)速度相當(dāng)緩慢，主要為基頻分量。當(dāng)裂紋快速擴(kuò)展時(shí)，定速工況下振幅會(huì)大幅增長(zhǎng)，主要表現(xiàn)為基頻分量，同時(shí)，2X分量也會(huì)增大；臨界轉(zhuǎn)速下基頻分量大幅增加；副臨界轉(zhuǎn)速下2X分量大幅增加；低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸晃度持續(xù)增大。再者，軸系動(dòng)平衡結(jié)果與計(jì)算期望值相去甚遠(yuǎn)，多次動(dòng)平衡的影響系數(shù)差別較大。9

參數(shù)激振

兩極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱(chēng)，在重力作用下每旋轉(zhuǎn)一周，撓度曲線變化兩次。如果轉(zhuǎn)子兩軸線截面主慣性矩差異較大，則在1/2臨界轉(zhuǎn)速（副臨界轉(zhuǎn)速）時(shí)出現(xiàn)2X分量峰值，工作轉(zhuǎn)速下也存在2X振動(dòng)分量，且與轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)關(guān)系不大。大功率發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體上開(kāi)有一定數(shù)量的橫向月牙槽，以使兩軸線截面主慣性矩接近，可降低副臨界轉(zhuǎn)速以及工作轉(zhuǎn)速下2X振動(dòng)分量的幅值，改善機(jī)組振動(dòng)水平。

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轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油

中心孔進(jìn)油后，運(yùn)行中隨著轉(zhuǎn)子本體溫度的升高，轉(zhuǎn)子高溫端的油受熱汽化并吸收熱量，中心孔幾何軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，使得油膜在孔壁周向厚度不同，從而熱交換程度也不同，使轉(zhuǎn)子圓周方向出現(xiàn)溫差；汽化的油在轉(zhuǎn)子低溫端凝結(jié)，釋放出熱量，同樣引起轉(zhuǎn)子徑向溫差。徑向溫差使轉(zhuǎn)子存在熱不平衡故障，振動(dòng)隨轉(zhuǎn)子溫度升高，惰走過(guò)程振動(dòng)較升速過(guò)程振動(dòng)增大，低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子晃度明顯增大。11

旋轉(zhuǎn)部件斷裂飛脫

葉頂圍帶、動(dòng)葉片、聯(lián)軸器螺栓護(hù)板在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下斷裂飛脫，可引起軸系振動(dòng)突變。一般整個(gè)過(guò)程約幾秒鐘，振動(dòng)分量主要為基頻，在大不平衡狀態(tài)下，可能會(huì)出現(xiàn)次諧波分量及高次諧波分量。振動(dòng)變化量及頻譜與飛脫質(zhì)量大小、軸向位置、機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速相關(guān)。12

轉(zhuǎn)子彎曲

在熱態(tài)下突然遭受水擊、嚴(yán)重動(dòng)靜碰摩等因素可導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久彎曲。彎曲轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特征為：低轉(zhuǎn)速下較大的晃度、過(guò)大的一階振型不平衡響應(yīng)以及工作轉(zhuǎn)速下的較高振動(dòng)響應(yīng)。如果轉(zhuǎn)子彎曲超過(guò)80μm，應(yīng)進(jìn)行直軸處理；如果轉(zhuǎn)子彎曲在80μm之內(nèi)，可利用移動(dòng)式平衡臺(tái)在電站內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡即可。13

軸承座連接剛度不足

基礎(chǔ)—臺(tái)板—軸承座之間的連接剛度不足，可導(dǎo)致在轉(zhuǎn)軸振動(dòng)不大的情況下，軸承座振動(dòng)達(dá)到報(bào)警狀態(tài)。可在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行軸承座外特性試驗(yàn)，測(cè)量各結(jié)合面的垂直方向振動(dòng)，比較各結(jié)合面振動(dòng)幅值，即可發(fā)現(xiàn)連接剛度不足的結(jié)合面。

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軸瓦緊力不足

下瓦與軸承洼窩接觸不實(shí)、過(guò)大的軸承間隙以及軸瓦上瓦瓦蓋緊力不足，這些由于部件之間不合適的配合引起的振動(dòng)故障的頻譜不僅含有豐富的高次諧波分量，而且含有豐富的次諧波分量。該種故障振動(dòng)的相位很不穩(wěn)定，變化范圍很大。15堵頭失去約束

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔兩端各有一個(gè)堵頭，防止油氣和水汽進(jìn)入孔內(nèi)。如果失去約束，則堵頭可能掉進(jìn)聯(lián)軸器內(nèi)孔。振動(dòng)特征為：主要為基頻分量；振動(dòng)具有相對(duì)穩(wěn)定性及不重復(fù)性；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡失敗以及影響系數(shù)與正常情況下測(cè)量得到的影響系數(shù)差別較大。可進(jìn)行兩、三次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，測(cè)量軸系振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。16

二次灌漿不實(shí)

二次灌漿不實(shí)大多發(fā)生在發(fā)電機(jī)定子安裝過(guò)程中，發(fā)電機(jī)定子機(jī)座下面的座板與基礎(chǔ)之間。表現(xiàn)為較大的發(fā)電機(jī)軸承座以及座板垂直方向振動(dòng)。需要打掉二次灌漿、清洗結(jié)合面、重新進(jìn)行二次灌漿、按照水泥養(yǎng)護(hù)規(guī)程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后、再次調(diào)整汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī)中心，即可消除二次灌漿不實(shí)引起的發(fā)電機(jī)振動(dòng)故障。17

振動(dòng)傳遞

循環(huán)水泵管道振動(dòng)經(jīng)凝汽器—汽缸—軸承座、發(fā)電機(jī)氫冷器進(jìn)出水管振動(dòng)經(jīng)氫冷器—發(fā)電機(jī)定子—端蓋軸承、機(jī)組各軸承座振動(dòng)經(jīng)臺(tái)板—基礎(chǔ)—臺(tái)板—軸承座可進(jìn)行傳遞，所以，振動(dòng)故障診斷及處理一定要結(jié)合軸承座振