汽輪機組故障振動特征分析與處理范文

本站小編為你精心準備了汽輪機組故障振動特征分析與處理參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：針對大型汽輪發電機組在運行過程當中經常發生動靜碰摩故障的情況，介紹汽輪發電機組碰摩故障的原因、機理、振動特征以及處理措施，并給出了現場的實際案例，分析該案例中機組的振動特征和故障原因，確定機組發生了局部動靜碰摩，并結合實際運行情況給出了處理措施。

關鍵詞：汽輪機組；動靜碰摩；振動特性

汽輪發電機組動靜部件之間碰摩是日常運行中常見故障，轉子碰摩會產生復雜的振動情況，而對轉子碰摩的研究大多基于理論和實驗室數據，由于現場振動特征具有多樣化，振動起因多元化，因此實際機組的碰摩情況遠比模擬實驗復雜的多。轉子碰摩故障若不及時發現并處理可能會造成嚴重后果，例如轉軸的永久彎曲，更嚴重的可能會造成整個軸系毀壞[1-2]，因此對碰摩故障進行準確判斷分析，及時正確處理轉子碰摩故障，可有效提高機組的運行安全性。

1機組動靜碰摩原因及振動特性

1.1機組動靜碰摩原因

汽輪機動靜碰摩通常發生在隔板汽封、葉片圍帶汽封以及軸端汽封，同時也有可能發生在軸承油擋、擋汽片部位，以下列出了動靜碰摩的常見原因[3]。a.機組徑向碰摩的常見原因一般分為以下幾種情況：動靜間隙太小；轉動軸承振動過大；轉子與軸承對中不好；缸體或軸承座的跑偏、彎曲或變形。b.機組軸向碰摩的常見原因一般分為以下幾種情況：推力軸承損壞以及軸向力不平衡；隔板材料問題；軸向位移及脹差控制效果差。

1.2機組動靜碰摩機理及振動特征

通常情況下，機組動靜部位的碰摩為局部碰摩，這樣由于轉子高速旋轉會使摩擦部位產生高溫，這時轉軸表面受熱不均發生轉子熱彎曲變形，從而引起新的質量不平衡。由于在未發生碰摩故障時，振動高點滯后于不平衡量一個角度，碰摩發生后高點產生高溫使其發生形變，結果在其反方向產生新不平衡量，這個不平衡量與原有不平衡量合成新平衡量后產生一個逆轉角度，這個逆轉角度是基本不變的，也就是高點相對于新不平衡量點的滯后角度不變，這使得在碰摩故障中相位呈周期性變化[4]。摩擦振動是非線性振動，會使振動頻率中出現高頻和低頻成分。轉子與靜止件碰摩還會使轉子發生橫向自由振動，其振動頻率與轉子渦動頻率一致，是碰摩過程中的主要頻率；同時轉子在旋轉過程中會繞轉子中心點振動，其運動軌跡就是軸心軌跡，當動靜碰摩發生時軸心軌跡會也隨轉子渦動而發生渦動。動靜碰摩的振動特征[5]：振幅主要以1倍頻為主，伴隨高頻或低頻出現；同時相位出現周期性變化；軸心軌跡發生渦動。

2動靜碰摩故障易發部位及處理措施

2.1機組經常發生碰摩的部位

動靜碰摩所表現出的振動特征與碰摩位置、碰摩狀態、造成原因以及汽輪機組工況等都有關系。常見的碰摩位置是油擋、軸端汽封等部位。機組不同部位所發生的碰摩一般表現出不同的振動特征，在此對一些容易發生動靜碰摩部位的振動情況進行介紹[6]。a.轉子與固定油擋的碰摩。當轉子振動很大，或者油擋間隙調整的太小時，會出現轉子與固定油擋接觸從而引發碰摩的情況。b.轉子與端部汽封的碰摩。高、中壓轉子在機組啟動或是中速暖機過程中容易發生碰摩故障。c.發電機轉子與密封瓦的碰摩。d.轉子與浮動油擋的碰摩。由浮動油擋引起的振動常表現出軸承振動迅速攀升，后又逐漸減小，振動周期不穩定等情況。e.轉子與碳刷的碰摩。機組運行過程中，發電機的滑環與碳刷以及勵磁機整流子與碳刷時刻保持接觸，二者之間會出現連續摩擦。

2.2動靜碰摩故障識別及處理措施

2.2.1故障識別

汽輪機組動靜碰摩有多種征兆，現場對于碰摩故障的識別一般都是通過這些征兆來判斷的，振動信號的特征同外界因素有密切聯系，所以采用哪些征兆來識別碰摩故障就顯得尤為重要。對于徑向碰摩故障的識別一般可以通過分析振動數據來判斷，現有的診斷方法主要是根據振幅、相位、頻譜和軸心軌跡特征進行判斷，一般徑向碰摩會發生振幅波動及相位持續變化，同時軸心軌跡也會發生渦動。針對軸向碰摩一般是通過檢測軸向位移以及脹差兩個振動指標來判斷。現場動靜碰摩主要判別依據有：轉速不變情況下，振幅緩慢變化，主要為1倍頻變量，同時相位不斷改變；輕微碰摩時不會出現高頻增大的現象，當出現嚴重碰摩現象時，2倍頻、3倍頻成分明顯增大；碰摩主要發生在定速暖機、帶負荷以及升速過程中，其主要根據定轉速工況下的振幅、相位變化情況來進行判斷。

2.2.2處理措施

a.有效控制軸的振動，在確保安全運行的基礎上進行“磨合”。b.啟動過程中發生碰摩時，當轉速在臨界轉速以下時不能強行升速，應打閘停機進行盤車，振動正常后再啟動。當轉速在臨界轉速以上時，在可控振動轉速上定速，磨合一段時間后再升速[7]。c.若帶負荷過程中有碰摩情況出現，正常振動范圍內可以密切觀察振動情況，以磨出合適間隙。d.若振動持續增大，應降低負荷或者停機。e.開啟頂軸油泵，以減小密封瓦與轉子殼體之間出現的摩擦振動。

3實例分析

3.1機組概況

某電廠21號機為東方汽輪機廠制造的300/220-16.7/0.3/537/537型沖動式、亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機，額定功率為330MW，主蒸汽壓力為16.7MPa，主蒸汽溫度為537℃，再熱蒸汽壓力為3.047MPa，再熱蒸汽溫度為537℃。發電機為東方電機股份有限公司制造的QFSN-300-2-20B型水－氫－氫冷發電機，采用靜態勵磁。汽輪發電機組軸系由高中壓轉子（HIP）、低壓轉子（LP）、發電機轉子（G）及集電環轉子（E）組成，各轉子之間均采用剛性聯接。軸系由7個軸承支撐，汽輪機兩個轉子為雙支承方式，發電機與集電環采用三支承，高中壓轉子的1號瓦、2號瓦為可傾瓦、落地式，低壓轉子的3號瓦、4號瓦為圓筒瓦，坐落在排汽缸上，發電機的5號瓦和6號瓦為端蓋式橢圓瓦。試驗采用美國本特利公司生產的ADREFORWINDOWS208DAIU8通道振動數據采集分析系統進行測試與分析。

3.2機組的故障振動特征

2016年11月22日對21號機進行了振動測試，通過測試發現：21號機3號、4號軸承振動呈周期性變化，其頻譜和軸心軌跡也出現一定規律性。其中，21號機3號軸承X方向和4號軸承X方向振動都呈周期性波動，波動周期為8h左右，在一個變化周期內3號軸承X方向振動幅值在35～50um，相位在60°范圍內變化；而同一個周期內4號軸承X方向振動變化幅值為85～120um，相位變化范圍為360°。3號軸承X方向與4號軸承X方向振動幅值主要以1倍頻為主，且有倍頻出現，同時3號軸承X方向出現低頻成分；4號軸承的X方向都出現渦動情況，同時3號軸承X方向軸心軌跡比較紊亂且多處出現鋸齒狀尖角，4號軸承X方向軸心軌跡基本呈扁橢圓狀。由上述特征可判斷21號機3號、4號軸承位置發生碰摩故障。

3.3機組振動情況分析及處理措施

發電機轉子在3號、4號軸承位置受到碰摩，在直徑方向上受熱不均勻引起熱彎曲，產生旋轉性不平衡。當轉子熱彎曲產生的不平衡量與轉子不平衡量完全重合時，呈現的振動最大；相反，呈現的振動最小。由于碰摩狀態近似恒定和持續的存在，碰摩產生的熱彎曲所引起的不平衡量基本穩定；4號軸承X方向振動相位在360°內變化，3號軸承X方向振動相位變化范圍僅為60°，說明在4號軸承處碰摩產生的振動要大于其原來的振動，在3號軸承處碰摩產生的振動小于其原始振動；3號軸承的動剛度遠高于4號軸承，因此4號軸承的不平衡響應高于3號軸承，所以該處的碰摩較3號軸承處會產生更為顯著的振動。而浮動油檔作為軸瓦的外油檔，一般情況下少量的漏油在轉子與浮動環之間形成油膜，但是在個別情況下由于漏油量較小，不能滿足油膜的正常形成，造成轉子與油檔摩擦。由于該機組發電機為氫冷，未安裝密封瓦，基本可以確定為軸瓦油檔與轉子碰摩。停機調整浮動環與轉子間隙，適當增加漏油量后，重新啟機測得振動值，其振動恢復正常。

4結論

該電廠21號汽輪機4號軸承振動大的問題主要是由于該軸承位置的油檔密封與轉子發生碰摩造成的，因此應注意以下問題：a.由于浮動環具有耐磨性，碰摩造成的振動在很長時間內持續發生；21號機4號軸承通過調整浮動環與轉子之間的動靜間隙，適當增加漏油量，從而使振動值降低，消除異常振動情況。b.21號機4號軸承動剛度遠小于3號軸承，當轉子不平衡量較大時4號軸承振動值明顯增大，且大于3號軸承振動值。因此可以通過增加4號軸承支撐剛度來降低異常振動。c.盡管浮動環自身材料較軟且有自潤滑的特性，但是與轉子接觸壓力較高時，摩擦發熱量較大，熱彎曲產生的振動增大，浮動環軸向變形，原來的間隙發生變化造成浮動環卡澀，同時造成轉子軸頸磨損，所以碰到類似情況后建議停機檢查浮動環與轉子的間隙是否合理。

參考文獻：

[1]　陸頌元，童小忠.汽輪機組現場動靜碰摩故障的振動特征及分析診斷方法[J].動力工程，2002，22(6):2021-2024.

[2]　施維新.振動故障診斷原理及發展[J].中國電力，2008，03:48-52.

[3]　張學延.汽輪發電機組振動判斷[M].北京:中國電力出版社，2008

[4]　戈志華，高金吉，工文永.旋轉機械動靜碰摩機理研究[J]，振動工程學報2003，16(4):426-429

[5]　張文斌，唐貴基，王維珍.大型汽輪機動靜碰摩故障的分析和處理[J]．東方電氣評論，2004，(04):231-234.

[6]　陸頌元.大型機組動靜碰摩的振動特征及現場應急處理方法[J].中國力，2003，(1):7-11

[7]　陸頌元.汽輪發電機振動[M].北京:中國電力出版社，2000.

作者:唐貴基 李琛 盧盛陽 張偉江 高翔 單位:華北電力大學