汽轮机振动讲义【精华】5.doc
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1、汽轮机组振动初探1案例:北京北重汽轮机10万机组振动原因分析8汽轮机振动大的原因分析及其解决方法12汽轮机振动讲义23机组振动25汽轮机组振动初探周 宏摘要:汽轮机组过大的振动危害极大,为了确保机组的安全可靠运行,了解振动的相关知识对汽轮机组的安全运行意义重大。 关键词:振动 频谱 诊断 分析the discussion about steam turbines vibrationZHOU Hong(Power Plant,ChongQing Iron & Steel Co. Ltd.,ChongQing 400084,China)AbstractSteam turbines larger v
2、ibration is harmful.In order to ensure the safety of steam turbine,we should study some knowledge about steam turbines vibration , it is very important to us.Key words:vibration spectra diagnosis analysis1 引言动力厂的旋转设备较多,其中尤以汽轮鼓风机、汽轮发电机和TRT发电机最为重要。由于汽轮机组是高速运行的回转设备,通常都有一定程度的振动。然而,振动是汽轮机组运行中最常见的主要故障之一,当
3、机组发生过大的振动时会产生以下危害:直接造成汽轮机组事故:如果机组振动过大,且发生在机组前部,则有可能引起危急保安器误动作,导致故障停机;损坏机组事故:如汽轮机组的各轴瓦面因振动造成巴氏合金破裂或者脱落、轴承支座的连接螺钉松动以及与机组连接的部分管道损坏;动静部分摩擦:汽轮机组过大的振动可能导致汽轮机转子叶片围带磨损引起叶片松动甚至金属块脱落撞击后级叶片造成转子损坏的特大事故,还可能导致高低压汽封和隔板汽封(鼓风机的前后气封)、轴承油挡发生磨损,严重时划伤轴颈,甚至造成转子弯曲等严重事故;损坏机组转子零部件:机组转子零部件松动或造成机组基础松动及周围建筑物的损坏。由于振动过大的危害性极大,所以
4、在机组启停及正常运行过程中应加强对汽轮机组振动的监测,保证其振动值控制在规定的范围以内,确保机组安全运行。本文就汽轮机组振动的相关知识及故障诊断进行了简要的阐述。2 振动的周期信号和离散频谱 虽然汽轮机组在运行过程中由于负荷的变化可能引起机组转速的变化波动,但是在某一时间段内,我们可以将汽轮机组的转速视为恒定转速,其振动信号即可视为周期信号。周期信号是按一定的时间间隔T(周期)不断重复的信号,它通常满足以下关系式;x(t)=x(t+nt)根据高等数学知识,在有限区间上,任何周期函数(信号)x(t)凡满足狄里赫利条件都可以展开成傅立叶级数。傅立叶级数的三角函数展开式如下: 其中: T 周期 圆频
5、率,=2/T,n=1,2,3将表达式中的同频项合并,可以改写成:其中: tg=/ 从以上表达式我们可以得出一个结论:任何一个满足狄里赫利条件的复杂周期信号,都可以看作是一个直流分量和若干个具有谐波分量的正弦信号之和。以圆频率为横坐标,幅值或相角为纵坐标所作的图称为频谱图,图叫幅频谱,图为相频谱。由于n为整数序列,相邻频率的间隔=2/T,即各频谱都是的整数倍,因而频谱是离散的。其中称为基频,n次倍频成分称为n次谐波。因此,我们看到的汽轮机组振动频谱分析中看到的并不是连续的频谱,而是离散的频谱。3 振动信号的测试 目前动力厂使用的振动测试装置主要有以下三种;1、便携式振动仪:这种振动仪可以简单测量
6、汽轮机组轴承盖壳体的振动位移、速度和加速度值,测量简单,携带方便,不需要特殊的要求;2、专业复合型振动测试仪:如在新风机使用的美国本特利3300监测系统,它测试的是机组的转轴振动,因此其测量的数值较便携式测振仪更加准确,但是由于传感器离高速旋转的转轴较近,故它对安装的要求较高。它采用模块化设计,可以加装不同的测量模块同时测量机组的热膨胀和轴向位移;3、专业振动频谱分析仪:它测量汽轮机机组轴承盖壳体的振动位移、速度和加速度值,通过计算机显示出振动的时域记录(即时间峰值图),由于时域记录只能给出强度的概念,可以将它经过频谱分析后则可以得到频域记录(即频率峰值图),我们据此可以探寻其振动的根源,因此
7、它较前两种振动测量装置而言更加可靠实用,可以用于大部分机械振动故障的分析和诊断。由于便携式振动仪的使用比较简单,现主要对后两种装置进行概述。 专业复合型测试仪和专业振动频谱分析仪主要由振动传感器和仪表本体(分析软件)两个部分组成,其振动传感器也称为拾振器,它的作用是将机械振动的位移、速度和加速度转换成电压、电流或电荷信号,输入仪表系统,经过相应处理后显示出位移、速度和加速度值,或经过计算机软件分析后得到时域图和频谱图等相关信息。专业复合型振动测试仪 专业振动复合型振动测试仪的传感器通常是固定在支架上,而支架又固定在轴瓦或者轴承支座上,所以通过此方法测量出来的转轴振动值实际上是转轴相对于轴瓦或轴
8、承支座的相对振动。其传感器的安装一般采用右图所示的安装方法。 在安装过程中,我们应该特别注意传感器的初始间隙值,它的大小直接影响测量的精确度。如果间隙值太小,那么在机组运行过程中就有可能导致传感器被高速转动的转轴摩擦损坏;如果间隙太大,则在机组运行过程中就有可能得到较大误差的测量值,从而影响机组的安全正常运行。由于汽轮机转子旋转和机组带负荷后,转子相对于传感器将发生一定的位移。为了获得合适的传感器工作间隙值,在安装时应先估算出转子从静态到动态机组带负荷后轴颈位移值和位移方向,以便使测量更为精确。根据相关资料得知,转子从静态到工作转速,轴颈抬高大约为轴瓦顶隙的1/2,水平方向位移与轴瓦的形式、轴
9、瓦两侧间隙和机组的滑销系统工作状况有关,一般位移值为0.050.20mm,位移方向如左图所示。 此外,在安装过程中,应采用屏蔽性能较好的仪表传输线,以防止其他仪表或无线电信号对测量信号的干扰,影响机组振动的测量精确度。专业振动频谱分析仪专业振动频谱分析仪的传感器是一个磁性装置,测量时将它固定在被测机组的轴承盖上。此测量装置一般只需测量两个方向,即垂直于转轴轴线的垂直方向和机组转子轴线方向就可以得到机组运行的振动状况。其连接示意图如右所示。 在测量过程中,可以通过选择相应的位移、速度和加速度档就测得相应的数值。4 振动参数的合理选择 在振动测试中合理选择测振仪器是十分重要的,如果选择不当往往会得
10、出错误的结果。主要是选择适当的频率特性、灵敏度和量程范围。由于低频振动的位移较大,但是其加速度值却很小。反之,在高频振动中尽管位移很小,然而加速度值却很大。因此,对于低频旋转机械,其频率为10 Hz200 Hz(频率f=转速n/60)时,一般应用位移和速度档进行测量;对于高频旋转机械,其频率为20kHz时,则应用加速度档进行测量,此类设备还包括齿轮和滚动轴承等。5 振动值的分析评价 评定机组的振动良好状况有三种方法;通过国家标准进行评定 在我国制定的电力工业技术管理法规中规定,评定机组振动以轴承垂直、水平、轴向三个方向振动中最大者作为评定的依据。这三个方向分别为:轴承垂直振动测点在轴承座顶盖上
11、的正中位置;水平振动测点在轴承盖中分面正中位置,平行于水平面,垂直于转子轴线;轴向振动测点在轴承盖上方与转子轴线平行。评定汽轮机组振动的运行工况时,是以机组在工作转速下以各种负荷(包括满负荷)下某一轴承某一方向的振动最大值作为机组振动状态的依据。电力工业技术管理法规中规定的汽轮发电机机组振动标准(双振幅:m)汽轮发电机组转速(r/min)优良合格15003050703000203050相对评定法 我们可以将汽轮机组当前测量的振动值与以前测量的振动值进行比较,并绘制出振动值趋势图,当出现劣化的趋势时应及时采取相应的措施确保机组安全运行。类比评定法 汽轮鼓风机组的振动规定值以机组的说明书为依据,也
12、可参照电力工业技术管理法规中规定的汽轮发电机机组振动标准根据实际情况修正后作为测量的依据。6 振动的故障分析判断实例便携式振动仪测量的简易判断:V垂直位置的振动值,H水平位置的振动值,A轴向位置的振动值当V的数值远大于H值和A值时,可以判定故障为机组基础松动所致;当H的数值远大于V值和A值时,可以判定故障为转子轴系不平衡所致;当A的数值远大于V值和H值时,可以判定故障为汽轮机与发电机(鼓风机)转子不对中所致。专业振动频谱分析仪测量的简易判断:如下所示为2002年4月30日测量的6#电动风机1#轴承的时域图和频谱图: 时域图频谱图说明:上半部分为1#轴承,下半部分为2#轴承由于电动风机的主电机转
13、速为1485r/min,其基频应该为=1485/60=24.75Hz。从频谱图中我们可以看出:名 称1#轴承振幅2#轴承振幅结 论25 Hz(基频)1.95m0.93m两轴承振动状况合格50 Hz(2倍频)29.14m1.07m1#轴承振幅偏大,应尽快检修由于1#轴承的振幅明显偏大,故决定利用高炉休风期间对1#轴承进行解体检查。经过对轴承解体检查后发现1#轴承的瓦面上附着有一薄层细微的油杂质,对其进行了清洗处理。经过检修后对机组的运行状况进行了测量,其时域图和频谱图如下:时域图频谱图从以上频谱图中我们可以得知:名 称1#轴承振幅2#轴承振幅结 论25 Hz(基频)0.96m1.22m两轴承振动
14、状况优良50 Hz(2倍频)0.18m0.21m两轴承振动状况优良在使用专业振动频谱分析仪进行振动测量时应该注意以下几点:当频谱所示振幅较大或频率不符时,应重复测量多次,以避免由于偶然误差引起的误判断,确保测量的准确性。如果测量所得振幅偏大(不论频率正常与否),应对其垂直方向、水平方向和轴向方向全部进行测试,初步诊断其成因,并拟订相关施工方案,须尽快进行检修,以消除振动对机组的影响。如果测量所得振幅偏小,但是基频与倍频率的振幅不符合变化规律时,应密切关注振动的变化情况,利用正常停机时间对机组进行检修。 根据振动信号的时域图和频谱图进行设备的故障诊断是一项难度很大的工作,主要是由于同一故障可以表
15、现出多种症状,同一症状可由不同故障引起,不同类型的设备其故障与症状的对应关系也可能不尽一样,这种对应关系与运行条件、环境条件、故障历史及维修情况有着密切联系。下面就一般的情况进行归纳总结: .汽轮机组轴系不平衡主要引起基频振动; .机组轴系不对中不仅影响基频振动,还可引起2倍频及其它高倍频振动; .滑动轴承油膜涡动的振动频率为(0.420.48)倍频转速n,油膜振荡的振动频率为转子的一阶临界转速频率; .机组转子与固定部件之间的摩擦激发较宽频带的振动,可能包括基频、倍频、次谐波、转子零部件固有频率; .机组转子组件松动的振动频率以基频为主,可能伴有倍频或1/2转速n、1/3转速n等分数倍频;
16、.不平衡量增大,则径向水平、垂直两个方向的振幅同时增加; .机组轴系不对中径向振幅增大,但同时还可引起轴向振动增大; .机组基础松动时垂直方向振动明显大于水平方向振动; .机组转子组件松动引起的振动,其幅值不稳定; .轴承油膜涡动和油膜振荡则以径向振动为主,振幅不稳定; .机组转子裂纹引起的2倍频振动,水平方向和垂直方向的振幅大小相近。汽轮机组振动是一个相当复杂的问题,而且其成因较多,以上所述犹如大海中的一滴水,只是对某些问题进行了探讨,由于能力有限,还不很全面。我们将在实践中不断探索和完善汽轮机组振动的各方面知识,积累经验,为汽轮机组的安全可靠运行作出更大的努力。参 考 文 献施维新.汽轮发
17、电机组振动及事故.中国电力出版社,1999清华大学 严普强 华中工学院 黄长艺.机械工程测试技术基础.机械工业出版社,1985.12.作者简介周宏(1975 - ),男,重庆钢铁股份有限公司动力厂点检站站长,1998年毕业于重庆渝州大学机械制造工艺和设备专业,助理工程师,现从事点检定修及工程管理工作。 案例:北京北重汽轮机10万机组振动原因分析这些资料是我从兰泵网上摘录下来的,相信会对汽轮机检修有所帮助,现将整个讨论过程全部转至三维网,便于大家学习讨论。北京北重汽轮机10万机组振动某厂北京北重汽轮机10万机组,大修时改造低压轴端外侧两圈为接触式汽封的。运行中关二档漏汽门时造成轴封压力从20KP
18、A升至50KPA,保持约20分钟后调整下来,同时轴加抽汽风机电流从9.1降到8.8A,4小时后负荷从7.6万升至8万后,几分钟后4#瓦盖、3#大轴振动上升到报警。4#瓦盖30um-60um,3#大轴80um-170um,其它轴振、瓦振均有所上升,幅度不同。负荷升到8.5万时,3#大轴接近200um,未再加负荷。频谱为1X、2X,2X约为1X的10%差点。原因不明,正解决中。补充一下:1轴封压力从20KPA升至50KPA后,低压差胀一直较原来偏高。(开停机后均如此)2 我们用的是本特利监视系统,轴瓦盖振动是垂直方向,大轴是垂直向左右45度各一。大修是前年完成的,运行过程中出现的异常;3、轴封压力
19、从20KPA升至50KPA后约30分钟,3#大轴1X振动相位发生了20度左右变化,整个幅值没大的变化。4、当天,怀疑轴封积水影响,作了很多积水处理操作措施,振动并没有回到原始状态,仍然在150um左右。5、次日决定短时间停开机一次,停机惰走过二阶时,3#、4#瓦振满表、3#大轴满表。6、停机检查末级叶片无异常;7、盘车三小时后开机过二阶,3#瓦盖到100um,3#大轴170um。开机后振动均不超过报警值,但如果轴封供汽温提高,有上升趋势。一直控制二档漏汽到七段的开度。3#、4#大轴、4#瓦盖接近报警。负荷带满。结论:一认为轴封积水,一认为磨擦。个人意见接触式汽封磨擦,证据如下:1、低压差胀一直
20、较原来偏高,磨擦使低压转子温度升高;2、停开机过程,过二阶有变化;盘车三小时大轴热弯曲有所改善;不能解释的是开机后轴封供汽温度对振动变化趋势的影响。网友提问1:瓦盖振动是哪个方向?1X频大于2X频,只有10%,一倍频峰值很大,较少伴随其他倍频,并且无其他较大峰值出现;感觉象是动不平衡的现象,但是,如果仅仅是大修后出现的问题,这种可能性比较小!你们更换的是王长春接触式汽封吗?他的蜂窝带的间隙是的多少?蜂窝带的间隙小的话,有可能造成动静摩擦,造成转子热弯曲,产生振动!你所说的现象是开机过程中的还是运行中的现象?是开机冲转4小时后带负荷到7万的还是已经运行了好几天了?如果是开机后4小时带负荷到7万,
21、可能是滑销系统的问题,汽缸的膨胀不够;滑销卡涩也会造成机组的振动!网友提问2:1、“次日决定短时间停开机一次,停机惰走过二阶时,3#、4#瓦振满表、3#大轴满表”该机组我厂低压转子在工作转速以下只有一阶临界转速。请问:轴瓦振动大后停机过临界的转速与开机过临界转速哪个转速大?、运行中关二档漏汽门时使高压缸端部轴封压力上升,从而排挤了高压转子的轴封送汽。甚至有可能高压转子的轴封漏汽,通过轴封送汽管道串到低压缸轴封。造成轴封压力从20KPA升至50KPA。要不在关二档漏汽门时将高压缸两端送汽分门关小或全关,看看轴封送汽压力上升吗?、机组运行正常后汽缸膨胀一般都稳定了,运行中关二档漏汽门加大了高压转子
22、端部向外的漏汽量,将高压转子端部加热到更高温度,使转子膨胀。此时高差和低差都会出现正差胀(你厂低压缸差胀热工用的是正进式的吧?)、铁的膨胀系数为铁的膨胀系数为(160180)10-7米.mm/左右,要是高压缸轴封高温蒸汽到低压轴封,这样会使低压转子急剧加热转子膨胀,轴封温度迅速上升左右,就可以使汽封动静间隙消失(转子比汽封套加热速度快的多),转子与汽封碰磨据你介绍低压轴端外侧两圈为接触式汽封,这样轴封风机抽走的只有高温蒸汽,较低温度的空气被接触式汽封挡住,不能冷却转子建议将低压缸内侧的更换成接触式汽封本人遇见!不对之处还需各位高手指教!回复:1、停机惰走转速在2200-2300RPM左右4#瓦
23、、3#大轴满表,(分别超过80um、200um)。开机时分别是83um、170um,有明显的降低。是几阶等上班后查查资料。2、振动前轴封从20-50KPA,是关二档造成,这点在排除振动原因时,多次验证过。3、开机后是正胀差,只是在振动前轴封从20-50KPA后,低压差胀就较原来增加了(一直偏高,包括停开机后也是)。我不认为是汽封膨胀造成磨擦,我们的接触式汽封是碳基复合材料,无金属,与转轴基本是面接触方式,可能是轴封从二档倒回到低压轴封,压力升高导致轴封块向侧面推挤,不能正常退让,超过设计接触压力,与转轴磨擦造成弯曲。原疏齿式汽封磨擦情况经常发生,不可能是这种状态。不过这两天振动在缓慢下降,但与
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