1、第三章 汽輪機(jī)幾種典型運行事故,汽輪機(jī)常見故障,機(jī)組振動 油系統(tǒng)著火 水沖擊 超速,機(jī)組振動故障,機(jī)組振動故障的現(xiàn)場處理要求,近幾十年國內(nèi)有關(guān)單位對機(jī)組振動故障處理的歷史和經(jīng)驗教訓(xùn)說明，對振動故障的定性一般并不困難，但在確定故障的具體原因時，由于對造成故障的機(jī)理分析有分歧，使得誤判時有發(fā)生。因此，機(jī)組振動故障的診斷除需要現(xiàn)場經(jīng)驗外，還應(yīng)該掌握一定的基礎(chǔ)理論和科學(xué)的分析能力，這樣才能快捷地找出故障的確切原因，提出正確的根治措施，而不致盲目地一概采用現(xiàn)場高速動平衡的方法，使得表面上振動有所減小，實際上沒有根治，機(jī)組經(jīng)過一段時間的運行或檢修后，振動重復(fù)出現(xiàn)。,汽輪發(fā)電機(jī)組振動故障特征匯總表,汽輪發(fā)電

2、機(jī)組振動故障特征匯總表(續(xù)),常見振動故障的診斷,下面介紹機(jī)組常見振動故障特征、判斷方法。 質(zhì)量不平衡 轉(zhuǎn)子的彎曲 動靜碰摩 油膜失穩(wěn)和汽流激振 結(jié)構(gòu)共振 結(jié)構(gòu)剛度不足 聯(lián)軸器不對中 裂紋轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油 轉(zhuǎn)子截面剛度不對稱,質(zhì)量不平衡,轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪發(fā)電機(jī)組最常見的振動故障，它約占了故障總數(shù)的80。隨著制造廠加工、裝配精度以及電廠檢修質(zhì)量的不斷提高，這類故障的發(fā)生率正在逐漸減少。即使如此，質(zhì)量不平衡目前仍是現(xiàn)場機(jī)組振動的主要故障。 處理手段：低速動平衡，高速動平衡。,9,轉(zhuǎn)子不平衡（Rotor Imbalance）,質(zhì)量不平衡的一般特征,最關(guān)鍵的特征是：穩(wěn)定的工頻振動在整個信號中占

3、主要成分。 工頻振幅為主的狀況應(yīng)該是穩(wěn)定的，這包括： 各次啟機(jī)； 升降速過程； 不同的工況，如負(fù)荷、真空、油溫、氫壓、勵磁電流等。 工頻振動的相位同時也是穩(wěn)定的。 第二個主要依據(jù)是這種狀況的重復(fù)性。,轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的分類特征,汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的原因有三個： 原始不平衡； 轉(zhuǎn)動過程中的部件飛脫、松動; 轉(zhuǎn)子的熱彎曲。 原始不平衡是主要原因。,原始不平衡,原始質(zhì)量不平衡指的是轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動之前在轉(zhuǎn)子上已經(jīng)存在的不平衡。它們通常是在加工制造過程中產(chǎn)生的，或是在檢修時更換轉(zhuǎn)動部件造成的。 這種不平衡的特點： 除振幅和相位的常規(guī)特征外，它的最顯著特征是“穩(wěn)定”，這個穩(wěn)定是指在一定的轉(zhuǎn)速下振

4、動特征穩(wěn)定，振幅和相位受機(jī)組參數(shù)影響不大，與升速時或帶負(fù)荷的時間延續(xù)沒有直接的關(guān)聯(lián)，也不受啟動方式的影響。 具體所測的數(shù)據(jù)中，在同一轉(zhuǎn)速，工況相差不大時，振幅波動約20，相位在1020范圍內(nèi)變化的工頻振動均可以視為是穩(wěn)定的。 對于新機(jī)組，原始不平衡在第一次升速就會顯現(xiàn)出來，在對轉(zhuǎn)子進(jìn)行任何處理之前的升降速振動數(shù)據(jù)中，特征重復(fù)性很好。,轉(zhuǎn)動部件飛脫和松動,汽輪發(fā)電機(jī)組振動發(fā)生轉(zhuǎn)動部件飛脫可能有葉片、圍帶、拉金以及平衡質(zhì)量塊； 飛脫時產(chǎn)生的工頻振動是突發(fā)性的，在數(shù)秒鐘內(nèi)以某一瓦振或軸振為主，振幅迅速增大到一個固定值，相位也同時會出現(xiàn)一個固定的變化。相鄰軸承振動也會增大，但變化的量值不及前者大。這種

5、故障一般發(fā)生在機(jī)組帶有某一負(fù)荷的情況。 發(fā)生松動的部件可能有護(hù)環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、槽楔、聯(lián)軸器等。 部件松動所造成的工頻振動大的情況可以發(fā)生在升速、定速或帶負(fù)荷過程。有的情況下大振動會變小，出現(xiàn)波動現(xiàn)象。,平衡質(zhì)量塊飛脫的一個案例,某電廠的200MW機(jī)組大修后啟機(jī)，3、4號軸承振動大進(jìn)行動平衡，接長軸聯(lián)軸器加重1600g，用兩個M14的螺釘固定，升速到2600rpm時，3號軸承附近發(fā)出一聲響聲，振動增大，立即停機(jī)，發(fā)現(xiàn)平衡塊飛脫。2600rpm平衡塊飛前，3號軸振為 179mm14，瓦振為 41mm69，飛后3號軸振為 220mm60，瓦振為 47 mm118，平衡塊飛脫使得軸振和瓦振相位變化約60

6、，軸振振幅增加40mm，瓦振振幅增加 6mm。,現(xiàn)場動平衡加重實例影響系數(shù)法,某200MW機(jī)組大修后啟動，3000 rpm時3瓦垂直方向振動約100mm，決定進(jìn)行動平衡 平衡計算過程如下： 原始振動：A0 = 97 mm277 在接長軸試加重：Pt = 781g135 再次啟機(jī)3000rpm，測：A1 = 140 mm269 計算影響系數(shù) a = (A1-A0)/Pt = (140 mm269- 97 mm277)/ 781g135 = 0.0589(mm/g) 116.9 計算最終加重量： P = 1646.9g340 加重后的結(jié)果： A = 17 mm121,轉(zhuǎn) 子 的 彎 曲,轉(zhuǎn)子熱彎曲

7、,轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的質(zhì)量不平衡的主要特征是工頻振動隨時間的變化。 隨機(jī)組參數(shù)的提高和高參數(shù)下運行時間的延續(xù)，工頻振幅逐漸增大，相位也隨之緩慢變化，一定時間后這種變化趨緩，最終基本不變。 存在熱彎曲的轉(zhuǎn)子降速過程的振幅，尤其是過臨界轉(zhuǎn)速時的振幅，要比轉(zhuǎn)子溫度低啟機(jī)升速時的振幅大。 兩種情況下的波特圖可以用來判斷是否存在熱彎曲。為此有時需要安排專門的試驗，機(jī)組不采用滑參數(shù)停機(jī)的方式，較快地減負(fù)荷，以觀察轉(zhuǎn)子溫度高的情況下降速過程的幅頻特性，和冷態(tài)啟機(jī)時進(jìn)行比對。 一旦轉(zhuǎn)子溫度降低，轉(zhuǎn)子的彎曲會很快恢復(fù)。因此，測試必須在轉(zhuǎn)子彎曲沒有完全恢復(fù)前進(jìn)行。,轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生的原因,新機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲一般來自材質(zhì)熱

8、應(yīng)力。這種熱彎曲狀態(tài)是固有的、可重復(fù)的，因而可以用平衡的方法處理。 有時運行原因也會導(dǎo)致熱彎曲。如：汽缸進(jìn)水、進(jìn)冷空氣、動靜碰摩等。只要沒有使轉(zhuǎn)子發(fā)生永久塑性變形，這類熱彎曲都是可以恢復(fù)的，引起熱彎曲的根源消除后，工頻振動大的現(xiàn)象也會隨之自行消失。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也常會因為通風(fēng)道堵塞引起轉(zhuǎn)子一測溫度高于對面一側(cè)，轉(zhuǎn)子發(fā)生類似于一階振型的彎曲，它自然對一階振動影響最大，表現(xiàn)最明顯應(yīng)該在過一階臨界轉(zhuǎn)速時的工頻振動增大。,轉(zhuǎn)子永久性彎曲,當(dāng)轉(zhuǎn)子最大內(nèi)應(yīng)力超過材料的屈服極限，使轉(zhuǎn)子局部產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)外力和熱應(yīng)力消除后，變形不能消失，稱為：塑性彎曲，也稱永久性彎曲 永久性彎曲是設(shè)備事故，使設(shè)備不能投入運行

9、，必須進(jìn)行直軸處理，將會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失,轉(zhuǎn)子永久性彎曲產(chǎn)生的原因：,動靜摩擦轉(zhuǎn)子徑向局部過熱膨脹彎曲 當(dāng)轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速時，主軸的彎曲方向和轉(zhuǎn)子不平衡離心力的作用方向基本一致，往往產(chǎn)生愈摩愈彎、愈彎愈厚的惡性循環(huán)，以致使主軸產(chǎn)生永久性彎曲。 停機(jī)后，汽缸、轉(zhuǎn)子金屬溫度較高，汽缸內(nèi)任何意外原因進(jìn)冷水，也會造成主軸彎曲 進(jìn)水后，汽缸產(chǎn)生拱背變形，盤車被迫停止 靜止的高溫轉(zhuǎn)子下半部被水浸泡，當(dāng)上下溫差達(dá)到150200時，就會造成主軸永久性彎曲。 轉(zhuǎn)子的原材料存在過大的殘余內(nèi)應(yīng)力，在較高的溫度下經(jīng)過一段時間的運行后，內(nèi)應(yīng)力逐漸得到釋放，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形。 另外，套裝轉(zhuǎn)子在裝配時，由于偏斜

10、，蹩勁也會造成主軸彎曲,防止主軸彎曲的措施：,汽輪機(jī)安裝時，必須考慮熱狀態(tài)變化，合理調(diào)整動靜間隙，以保證在正常運行工況下不會發(fā)生動靜摩擦。 汽缸應(yīng)具有良好的保溫條件，保證在正常起動和停機(jī)過程中不產(chǎn)生過大的上下部溫差。 主蒸汽、再熱蒸汽及抽汽管道必須有完善的疏水系統(tǒng)。在停機(jī)后注意切斷與公用系統(tǒng)相連的各種水源，嚴(yán)防汽缸進(jìn)水。 運行中加強(qiáng)對機(jī)組振動的監(jiān)視，及早發(fā)現(xiàn)動靜摩擦。 在第一臨界轉(zhuǎn)速以下汽輪機(jī)軸承振動達(dá)到0.04mm時，必須打閘停機(jī)，不得盲目升速或降速暖機(jī)。 起動前必須認(rèn)真檢查主軸的晃度、上下缸溫差及沖轉(zhuǎn)參數(shù)，在沖轉(zhuǎn)條件不具備情況下，嚴(yán)禁起動。,動靜碰摩,汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動部件與靜止部件的碰摩是

11、運行中常見故障。隨著現(xiàn)代機(jī)組動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。 碰摩使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生非常復(fù)雜的振動，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的一個重要原因，輕者使得機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，嚴(yán)重的可以造成轉(zhuǎn)軸永久性彎曲，甚至整個軸系毀壞。 對碰摩的故障特征，進(jìn)行了許多研究，但是，這些研究結(jié)果和實際情況還有距離，因為相同的特征對應(yīng)著許多其它的故障。 碰摩的診斷是目前具有一定難度的主要振動故障。 每年全國都會有幾臺大機(jī)組發(fā)生動靜碰摩而出現(xiàn)大振動，但在處理過程中卻往往要走彎路。需要進(jìn)行多次開機(jī)，平衡加重或支撐加固，為此延誤數(shù)周已是常事。最終開缸檢查，方發(fā)現(xiàn)汽封或通流部分已嚴(yán)重摩擦。,機(jī)組碰摩原因(1),機(jī)組動靜碰摩通常有下列起因：

12、轉(zhuǎn)軸振動過大。 不管何種起因，大振動下的轉(zhuǎn)軸振幅一旦大到動靜間隙值，都可能與靜止部位發(fā)生碰摩。因此，碰摩常常是中間過程，而非根本原因。 由于不對中等原因使軸頸處于極端的位置，整個轉(zhuǎn)子偏斜。 非轉(zhuǎn)動部件的不對中或翹曲也會導(dǎo)致碰摩。,機(jī)組碰摩原因(2),動靜間隙不足 有時是設(shè)計上的缺陷所造成的。也經(jīng)常是安裝、檢修的原因，動靜間隙調(diào)整不符合規(guī)定所致。 動靜間隙是受多種因素影響的。如: 真空、凝汽器灌水、缸溫等， 即便在開缸狀態(tài)下調(diào)整好，扣缸后的上下間隙也要變化 缸體跑偏、彎曲或變形 機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子前汽封比較長，啟機(jī)中參數(shù)掌握不當(dāng)容易造成這個部位發(fā)生碰摩，進(jìn)而造成大軸塑性彎曲。全國大約有近30臺機(jī)組發(fā)生

13、過這樣的故障。 開機(jī)過程中，上下缸溫差過大，造成缸體彎曲變形，是碰摩彎軸的主要運行原因之一。,碰摩的后果：,輕的： 汽封磨損汽封漏汽量增大降低汽輪機(jī)效率 重的： 葉片斷裂、主軸彎曲，甚至汽輪機(jī)完全損壞,碰摩通常發(fā)生的部位：,隔板汽封 葉片圍帶汽封 軸端汽封 各軸承的油擋部位 發(fā)電機(jī)的徑向碰摩通常發(fā)生在密封瓦處,碰摩發(fā)生的機(jī)理,碰摩的種類,全周碰摩 轉(zhuǎn)子在它轉(zhuǎn)動的一周中始終與靜子保持接觸。 發(fā)生全周碰摩的靜子在360周向都要接觸，轉(zhuǎn)子可以是只有部分弧段接觸，也可以是全局接觸。 部分碰摩 轉(zhuǎn)子在它轉(zhuǎn)動的一周中只有部分弧段接觸。 部分碰摩在靜子上只有部分弧段接觸。,碰摩的三種物理現(xiàn)象,碰撞 由于碰撞

14、，使轉(zhuǎn)子在不平衡引起的強(qiáng)迫同步響應(yīng)的基礎(chǔ)上疊加一個自由振動響應(yīng)，這個自由振動的頻率是轉(zhuǎn)子的固有頻率，是整個振動響應(yīng)的主要成分。 摩擦 轉(zhuǎn)子剛度的改變 碰摩的響應(yīng) 碰摩轉(zhuǎn)子的響應(yīng)中應(yīng)該含有次同步、同步和超同步等諧波成分。 實際碰摩的響應(yīng)受到碰摩發(fā)生的軸向位置、沖擊的銳度、結(jié)構(gòu)對不同頻率振動的傳遞特性等因素的影響，使得各頻譜成分在實際信號中復(fù)雜化。不同的情況次同步和超同步會呈現(xiàn)不同的量值。,碰摩轉(zhuǎn)子的動力特性,碰摩發(fā)生時作用在轉(zhuǎn)軸上有兩種力： 沖擊力，即碰撞力。該力引起碰摩點局部壓縮變形，并引起轉(zhuǎn)軸的反彈運動。 碰摩時的沖擊效應(yīng)有下列特點： 由于沖擊作用時間很短，相當(dāng)于一個脈沖函數(shù)，因此，產(chǎn)生寬頻

15、帶響應(yīng) 由于轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，碰摩是重復(fù)過程，因而產(chǎn)生的是周期性的振動。 撞擊時具有高的法向力和切向力。 接觸材料之間存在著能量的吸收和轉(zhuǎn)移。 接觸表面的力、轉(zhuǎn)子的反彈運動以及材料的局部變形都有高度的非線性特性。 摩擦力。摩擦力是作用在接觸點的切向力，轉(zhuǎn)軸上的摩擦力與旋轉(zhuǎn)方向相反。摩擦力的大小取決于接觸點的法向力及摩擦表面的性質(zhì)。 碰摩過程中的摩擦和碰撞一樣，同樣具有非線性特性。因此，這個過程的振動信號含有豐富的諧波分量。 碰摩的高度非線性使其經(jīng)常帶有混沌特性。 嚴(yán)重的碰摩可以使材料磨損后變?yōu)檩p度碰摩，甚至能完全脫離碰摩狀態(tài)。 摩擦的另一個重要效應(yīng)是對轉(zhuǎn)子的局部加熱。局部加熱的后果是轉(zhuǎn)子彎曲，工頻振

16、動增大。,碰摩的信號特征,碰摩具有多種征兆，易變的信號特征與外界條件有密切的關(guān)系，在某一時刻出現(xiàn)的征兆，在其它時刻可能不再復(fù)現(xiàn)，這使得碰摩故障的表現(xiàn)帶有一些不確定性。,碰摩的診斷,碰摩的現(xiàn)場診斷是一項難度比較大的技術(shù)。如果認(rèn)定了碰摩，常需要開缸處理，工作量較大，這就要求診斷的高準(zhǔn)確性。 現(xiàn)有的診斷方法主要還是根據(jù)振幅、頻譜和軸心軌跡進(jìn)行判斷。另外還可以觀察軸頸靜態(tài)位置，碰撞點力的作用可使軸頸中心發(fā)生較大的變化。單純用瓦振信號進(jìn)行判斷，只能看到頻譜。轉(zhuǎn)軸信號可以提供豐富的碰摩信息。 機(jī)組升降速的波特圖、極坐標(biāo)圖和級聯(lián)圖、全頻譜級聯(lián)圖。 現(xiàn)場運行人員在啟機(jī)過程常采取“聽診”的方法，對碰摩的確定有時

17、也是有用的。但要注意，由于高中壓缸都是雙層缸，有的機(jī)組低壓缸也是雙層缸，通流部分的碰摩聲很難傳出來，只有軸端汽封的碰摩聲比較容易聽到。因而，不能片面地將某一種方法的結(jié)論作為是否發(fā)生碰摩的決定性判據(jù)。,防止動靜碰磨的技術(shù)措施：,根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點及運行工況，合理地設(shè)計和調(diào)整各部位的動靜間隙 認(rèn)真分析轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹特點和變化規(guī)律，在起動、停機(jī)和變工況時注意對脹差的控制和調(diào)整 在機(jī)組起停過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制上下缸溫差、蒸汽參數(shù)的變化、監(jiān)視段壓力及軸的竄動 在運行中防止水沖擊，停機(jī)后嚴(yán)防汽缸進(jìn)冷汽冷水 起動前及升速過程中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視轉(zhuǎn)子晃度和振動，不得在超限增況下強(qiáng)行起動,一臺機(jī)組碰摩實例,某200M

18、W機(jī)組正常運行小修后第一次啟動就發(fā)生了碰摩。 碰摩情況： 啟動按常規(guī)進(jìn)行到3000 rpm定速，保持2小時準(zhǔn)備做超速試驗，這時運行人員先試驗同步器，將轉(zhuǎn)速降到2350 rpm又很快回升到3000 rpm，這時3號軸承振動從20mm開始急劇增大，主要是工頻成分，2、4號軸承振動也同時上升，并發(fā)現(xiàn)3號軸承處涌出大量煙霧。大約經(jīng)過7min，3號軸承振幅已上升到75mm，隨后緊急打閘停機(jī)。揭開3號軸承蓋，發(fā)現(xiàn)大軸與3號軸承擋油環(huán)發(fā)生了碰摩。摩出的凹槽深34mm，寬56mm，張角60,軸承振動情況,該案例說明： 碰摩時各振動分量增加的速度很快。由于打閘及時，幸未造成嚴(yán)重事故。,軸頸磨損情況,碰摩時軸承振

19、動瀑布圖,碰摩中降速過程和處理后降速過程軸承振動級聯(lián)圖,油膜失穩(wěn)和汽流激振,這是一種自激振動。 自激振動的發(fā)生以橫向振動形式出現(xiàn)，以轉(zhuǎn)子的低階臨界轉(zhuǎn)速為振動頻率，它的出現(xiàn)與轉(zhuǎn)速或負(fù)荷密切相關(guān)。維持這種振動的能量來自于系統(tǒng)自身內(nèi)部的某種機(jī)制。 自激振動和強(qiáng)迫振動本質(zhì)上的區(qū)別在于： 自激振動中，維持振動的擾動力是由它自身的運動所產(chǎn)生并受其控制的，一旦運動停止，擾動力隨之消失； 自激振動以它本身的固有頻率振動，與外界激振力頻率無關(guān)。 強(qiáng)迫振動中，持續(xù)作用的交變力獨立于運動存在著，即使振動停止，它仍然會存在。系統(tǒng)振動的頻率與交變作用力的頻率相等。,旋轉(zhuǎn)機(jī)械中可以產(chǎn)生渦動和振蕩的最主要的振源：,轉(zhuǎn)子內(nèi)部

20、阻尼； 動壓軸承和密封、油封； 汽封； 汽輪機(jī)組的氣動耦合； 頂隙激振； 葉輪通流部分相互作用力； 轉(zhuǎn)子內(nèi)滯留液體； 干摩擦碰摩； 扭轉(zhuǎn)變形渦動； 彎扭耦合。,實際中時而可見的汽輪發(fā)電機(jī)組軸系動力失穩(wěn)的類型：,滑動軸承油膜失穩(wěn)造成的半速渦動和油膜振蕩； 汽流激振； 轉(zhuǎn)軸材料內(nèi)阻引起的不穩(wěn)定振動、轉(zhuǎn)軸和套裝葉輪之間的內(nèi)摩擦以及中心孔進(jìn)油造成的振動等。,一個失穩(wěn)問題的實例,某蘇制BT503型雙抽凝汽式機(jī)組，高壓轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速分別是1800 rpm和1900 rpm，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速是1365 rpm。 機(jī)組的主要問題是： 2號瓦經(jīng)常碎瓦。據(jù)記載，從1980年到1991年底，對2號瓦上、

21、下瓦共進(jìn)行過12次補(bǔ)焊、澆烏金或換備品瓦。 多次測量表明，機(jī)組的振動特征為： 高壓轉(zhuǎn)子隨負(fù)荷增大而出現(xiàn)的突發(fā)性半周振動。隨時間推移，機(jī)組振動日趨惡化，出現(xiàn)半周振動的起始負(fù)荷區(qū)域在不斷擴(kuò)大，發(fā)生大振動次數(shù)增多。 這臺機(jī)組的振動帶有典型性，它是以軸系的失穩(wěn)為主，同時存在其他振動缺陷。,機(jī)組振動問題的處理要點,采取了系列措施后，半周振動一步步減小。這些措施中，沒有發(fā)現(xiàn)哪一項有十分顯著的效果，也沒有發(fā)現(xiàn)某項沒有任何作用。 修復(fù)三號瓦、前端加重、聯(lián)軸器加重、調(diào)整聯(lián)軸器罩 分析后認(rèn)為：機(jī)組的1、2號軸瓦是半速渦動的重要原因，聯(lián)軸器、聯(lián)軸器罩、不平衡重以及汽流力也都有直接影響。這些因素相互交織、綜合作用，使

22、得該機(jī)組與單一因素造成的機(jī)組振動不同，振動缺陷長期以來難以判斷和解決。 高壓轉(zhuǎn)子的半頻振動是非典型的油膜半速渦動。表現(xiàn)為和負(fù)荷有密切關(guān)系，受工頻振動影響顯著，與轉(zhuǎn)速的聯(lián)系不很明顯。,結(jié)構(gòu)共振,如果結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在和激振力一致的固有頻率，發(fā)生共振現(xiàn)象，這就是結(jié)構(gòu)共振。 汽輪發(fā)電機(jī)組的共振結(jié)構(gòu)通常有三種形式： 轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)子支撐缸體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)； 轉(zhuǎn)子支撐臺板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 上述三種結(jié)構(gòu)形式中，如果支撐、缸體或臺板存在與轉(zhuǎn)子激振力一致的自振頻率，在一定條件下會發(fā)生共振。造成共振的激振力大多數(shù)來自于轉(zhuǎn)子的不平衡力，因此。共振頻率與轉(zhuǎn)速同頻。,結(jié)構(gòu)共振的特點,結(jié)構(gòu)共振是小激振力的輸入產(chǎn)生高振幅的輸出。共

23、振時的響應(yīng)取決于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的頻響特性，激振力的大小不起關(guān)鍵作用。 機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使與轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)自振頻率避開50Hz和其他一些特殊頻率點、頻率區(qū)，如發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)避開100Hz，汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)避開25Hz、100Hz等。,結(jié)構(gòu)共振&過臨界轉(zhuǎn)速時的振動對比,轉(zhuǎn)子在同步的不平衡力作用下過臨界轉(zhuǎn)速時所表現(xiàn)出來的軸振動峰，實際上是轉(zhuǎn)子自身結(jié)構(gòu)的共振響應(yīng)，如果此時瓦振出現(xiàn)過高的振動峰，甚至瓦振大于軸振，則可以判斷軸承支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在這個轉(zhuǎn)速下發(fā)生了共振。因為通常情況下，瓦振完全是由于轉(zhuǎn)子作用在其上的力產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，瓦振應(yīng)該明顯地小于軸振。,結(jié)構(gòu)共振案例蘇200MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2倍頻共振,對早期從蘇聯(lián)

24、引進(jìn)的200MW機(jī)組查證表明，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上均沒有銑出用于減小轉(zhuǎn)子本體剛度不對稱的橫向槽，先天的設(shè)計制造缺陷使得這一類型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子成為兩倍頻的激振源。 在國內(nèi)多臺同型號機(jī)組的發(fā)電機(jī)兩軸承和相鄰軸承上發(fā)現(xiàn)有較大的兩倍頻的分量。測試和分析結(jié)果表明，在與發(fā)電機(jī)相鄰的汽輪機(jī)低壓缸后部所出現(xiàn)的兩倍頻，即100Hz的振動分量，與低壓缸的結(jié)構(gòu)共振有直接的關(guān)系。 根據(jù)有關(guān)資料，西屋公司1994年在波蘭RYBNIK4號機(jī)組改造時同樣發(fā)現(xiàn)過高的兩倍頻振動，那臺機(jī)組結(jié)構(gòu)和我國的蘇聯(lián)機(jī)組類似?？梢?，這種在低壓缸部位存在著的100Hz的結(jié)構(gòu)共振問題是這種類型機(jī)組所固有的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。,結(jié)構(gòu)共振的現(xiàn)場判斷方法,根據(jù)振幅轉(zhuǎn)速

25、曲線中非臨界轉(zhuǎn)速的共振峰分析是否存在結(jié)構(gòu)共振造成的共振點。 進(jìn)行結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)的測試。 這種測試一般采用錘擊法。錘擊法使用裝有力傳感器的激振錘敲擊構(gòu)件，用數(shù)據(jù)記錄儀采集響應(yīng)信號并用頻譜分析儀作頻譜分析，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和有關(guān)的響應(yīng)特性。這是模態(tài)試驗中的規(guī)范方法。,結(jié)構(gòu)剛度不足,結(jié)構(gòu)剛度不足是指機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)剛度過低。這里所說的“剛度”，是廣義的，泛指轉(zhuǎn)子支撐-缸體-基礎(chǔ)整個系統(tǒng)的剛度。 剛度不足多發(fā)生在低壓轉(zhuǎn)子。原因是： 設(shè)計階段缺乏足夠的剛度校核。一方面，這種計算有一定的難度，因為結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，計算中所要用到的一些系數(shù)目前尚缺少，如結(jié)合面剛度等；另一方面，設(shè)計階段沒能進(jìn)行充分的試驗。和結(jié)構(gòu)共振

26、一樣，設(shè)計存在一定的盲目性，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動態(tài)特性出現(xiàn)問題。 大機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承多是端蓋軸承，除了可能出現(xiàn)端蓋的結(jié)構(gòu)共振外，剛度設(shè)計不足也是可能發(fā)生的。 汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子支承軸承通常位于前箱和中箱，箱式結(jié)構(gòu)一般不會出現(xiàn)剛度偏低的問題。 剛度不足不會成為機(jī)組振動的直接原因。在不平衡量很小的情況下，只要沒有發(fā)生動靜碰摩，即使支承剛度過低也不會出現(xiàn)振動問題。,現(xiàn)場表現(xiàn)形式,結(jié)構(gòu)共振和結(jié)構(gòu)剛度低在現(xiàn)場將表現(xiàn)為不同的形式： 共振表現(xiàn)：在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的某一點或幾點瓦振絕對值增大，軸振與瓦振之比減??； 剛度低的表現(xiàn)： 振動在整個可變化的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)偏大。但一般偏大的量不明顯，且往往無從比較，實際中較難認(rèn)定。

27、可能使瓦振接近或大于軸振。而且它應(yīng)該是同一類型機(jī)組的通病。 真空、排汽缸溫度、支承系統(tǒng)熱狀態(tài)等參數(shù)變化時，軸承座絕對標(biāo)高或轉(zhuǎn)軸相對軸瓦垂直位置會發(fā)生變化。 在無精確測量軸承座絕對標(biāo)高手段的條件下，要想準(zhǔn)確地對剛度低做出判斷是不易的。,聯(lián)軸器不對中,聯(lián)軸器不對中是汽輪發(fā)電機(jī)組振動常見故障。聯(lián)軸器不對中是指相鄰兩根轉(zhuǎn)軸軸線不在同一直線上；或不是一條連續(xù)的光滑曲線，在聯(lián)軸器部位存在拐點或階躍點。 聯(lián)軸器有三種不對中： 平行不對中 角度不對中 綜合不對中 它們會給機(jī)組帶來下列后果： 轉(zhuǎn)子連接處將產(chǎn)生兩倍頻作用的彎矩和剪切力； 相鄰軸承將承受工頻徑向作用力。 兩種力的作用都將使轉(zhuǎn)軸的軸承受力情況惡化，對

28、結(jié)構(gòu)和安全產(chǎn)生不利影響。,設(shè)計、安裝與檢修階段的要求,設(shè)計階段 根據(jù)選用的軸承、轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、軸承標(biāo)高的熱變化量等確定各軸承的負(fù)荷分配，再計算確定各個軸頸中心在軸承中的偏位角和偏心率，即軸頸靜態(tài)位置。然后根據(jù)轉(zhuǎn)子的重力撓曲線確定各軸承的揚(yáng)度，供安裝時使用。 機(jī)組安裝與檢修時 依照設(shè)計單位提供的各軸承的揚(yáng)度值，對各軸承座和缸體進(jìn)行找正找平。如果軸承的標(biāo)高高于規(guī)定值，這個軸承的負(fù)荷要比原定值高，如果軸承的標(biāo)高低于規(guī)定值，負(fù)荷則要比預(yù)定值低，這兩種不對中都是不希望出現(xiàn)的。,裂紋轉(zhuǎn)子,汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋的故障不多見，但仍偶有發(fā)生。這種故障一旦開始出現(xiàn)，對設(shè)備的威脅十分大。 近些年來，國外已經(jīng)發(fā)生了

29、30多臺大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸裂紋事故，其中有些是災(zāi)難性的。 轉(zhuǎn)子裂紋產(chǎn)生的原因多是疲勞損傷。 運行時間長的老機(jī)組，由于應(yīng)力腐蝕，會在轉(zhuǎn)子原本存在誘發(fā)點的位置產(chǎn)生微裂紋，其后隨著環(huán)境因素的持續(xù)作用，微裂紋逐漸擴(kuò)展，發(fā)展為宏裂紋。 原始的誘發(fā)點通常出現(xiàn)在應(yīng)力高且材料有缺陷的地方，如軸上應(yīng)力集中點、加工時留下的刀痕、劃傷處、材質(zhì)存在微小缺陷的部位等。 隨著機(jī)組使用壽命的延長和很多機(jī)組被用做調(diào)峰，轉(zhuǎn)軸疲勞損傷急劇，裂紋出現(xiàn)的可能性在增加。,轉(zhuǎn)軸裂紋的形式,橫向裂紋是最常見的形式，多發(fā)生在轉(zhuǎn)軸緊配合的套裝部件的根部，或軸頸發(fā)生突變的臺肩根部。,裂紋轉(zhuǎn)子的振動特點,裂紋實際上造成了轉(zhuǎn)軸徑向剛度不對稱，這樣它

30、應(yīng)該具有剛度不對稱轉(zhuǎn)軸的特點。升降速過程在任一臨界轉(zhuǎn)速一半時，出現(xiàn)兩倍頻共振峰，兩倍頻相位發(fā)生突變。這個兩倍頻振動使得轉(zhuǎn)子不再做弓形回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子因此要承受交變應(yīng)力，反向應(yīng)力加大，轉(zhuǎn)子在低周或高周應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞，會進(jìn)一步促使裂紋迅速擴(kuò)展。 當(dāng)裂紋具有一定深度后，轉(zhuǎn)軸一定發(fā)生彎曲。這種彎曲后的轉(zhuǎn)子會引起低速轉(zhuǎn)動時原始晃度發(fā)生變化，升降速過程和帶載荷時工頻分量（1X）振動增大。動平衡時也可能出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，如影響系數(shù)反常、平衡效果與計算值相差太遠(yuǎn)。,軸裂紋的檢查&監(jiān)測,檢修時轉(zhuǎn)子表面的探傷檢查 根據(jù)振動信號進(jìn)行診斷和監(jiān)測 前一種方法是目前最重要的有效方法。,軸裂紋的監(jiān)測內(nèi)容（1）,定轉(zhuǎn)速下的工頻

31、和兩倍頻振幅及相位 在機(jī)組穩(wěn)態(tài)運行條件下，如果有一或兩個軸承（轉(zhuǎn)軸）的工頻和兩倍頻振幅出現(xiàn)十分緩慢地增加，相位也發(fā)生緩慢地變化，在排除了轉(zhuǎn)軸中心孔進(jìn)油、軸承標(biāo)高變化、聯(lián)軸器中心變化、轉(zhuǎn)動部件位置緩慢偏移等可能性之后，可以將其作為懷疑轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋的一條根據(jù)。 這里所指的“緩慢”，應(yīng)該以周計或以月計，以數(shù)周或數(shù)月的振動記錄進(jìn)行比較，對應(yīng)于轉(zhuǎn)軸裂紋的緩慢發(fā)展。除非裂紋發(fā)展的后期，振動可能逐日有所變化。 對于懷疑出現(xiàn)裂紋的轉(zhuǎn)子，觀察和記錄這種變化的有用的工具是極坐標(biāo)圖和時間趨勢圖。在極坐標(biāo)圖中可以給出一個振動容許變化的范圍，考慮到振幅和相位的變化，這個變化區(qū)應(yīng)該是一個扇形區(qū)。,軸裂紋的監(jiān)測內(nèi)容（2）,

32、變轉(zhuǎn)速下的兩倍頻振幅及相位 在機(jī)組升降速過程在臨界轉(zhuǎn)速一半處出現(xiàn)兩倍頻共振峰是轉(zhuǎn)軸裂紋的關(guān)鍵判據(jù)，隨裂紋深度的發(fā)展，這個共振峰值應(yīng)該逐漸增大。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體剛度不對稱和聯(lián)軸器不對中在升降速過程和裂紋產(chǎn)生完全相同的特征。這些故障往往難于區(qū)分。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體剛度不對稱產(chǎn)生的兩倍頻振動特征應(yīng)該出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)支撐或鄰近結(jié)構(gòu)部件上，兩倍頻振幅、相位不會隨時間變化； 聯(lián)軸器產(chǎn)生的兩倍頻特征，在消除或調(diào)整了聯(lián)軸器的對中之后，應(yīng)該隨之有所變化。這些情況可以用來區(qū)別它們。 扭轉(zhuǎn)振動測量可用來診斷軸裂紋的擴(kuò)展。扭轉(zhuǎn)振動測量與橫向振動測量一起在裂紋診斷中可以產(chǎn)生出一種新的方法，用于軸裂紋的早期檢測。,裂紋轉(zhuǎn)子案例

33、（1）,廣西合山電廠4號50MW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子裂紋 廣西合山電廠4號機(jī)組運行四萬小時后于1986年11月在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子前汽封發(fā)現(xiàn)十多條裂紋，其中最深的一條在軸肩凹槽處，深10mm。 該轉(zhuǎn)子裂紋是在一次大修后期轉(zhuǎn)子準(zhǔn)備回裝時，電廠人員在一個偶然機(jī)會用肉眼發(fā)現(xiàn)的。,裂紋轉(zhuǎn)子案例（2）,瑞士芬斯堡的Stal-Laval Turbine AB兩臺700MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子均發(fā)現(xiàn)了裂紋。 1980年初次在一臺發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁端的線槽底部發(fā)現(xiàn)了疲勞裂紋。立即對另一臺相同的發(fā)電機(jī)進(jìn)行超聲波檢查，尚沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。 對第一臺處理完畢再檢查第二臺，在其上發(fā)現(xiàn)了裂紋。 1981年兩臺機(jī)組均投入正常運行。 運行一個月后，一臺機(jī)

34、組的振動發(fā)生了變化，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)裂紋已達(dá)轉(zhuǎn)子直徑的一半，停機(jī)過程振動劇烈。 另一臺從1981年3月11日開機(jī)運行（當(dāng)時它的裂紋深度是45mm），運行不到兩個月，5月1日停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)裂紋為5055mm。隨后的兩周運行發(fā)現(xiàn)振動有少量變化，再次停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)裂紋已達(dá)200mm，接近直徑的25% 兩臺機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子報廢。,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁端的線槽底部裂紋,機(jī)組轉(zhuǎn)子報廢前最后一次停機(jī)過程（1981年1月31日）軸振波特圖和極坐標(biāo)圖,裂紋轉(zhuǎn)子案例（3）,美國Grang Gulf 核電站反應(yīng)堆再循環(huán)泵轉(zhuǎn)子裂紋 1991年12月29日對轉(zhuǎn)子升速振動測試波特圖與一年前的振動響應(yīng)相比，二階共振發(fā)生轉(zhuǎn)速降低了190 r

35、pm。這說明結(jié)構(gòu)剛度降低了，可能軸承發(fā)生了問題，也可能是轉(zhuǎn)軸有裂紋。停泵檢查發(fā)現(xiàn)軸在某些部位存在將近圓周270近60%軸徑深度的裂紋。,斷軸故障,轉(zhuǎn)子在薄弱環(huán)節(jié)因裂紋等原因，使軸突然折斷的嚴(yán)重事故。 轉(zhuǎn)子的薄弱部位有：中心孔、鍛件的宏觀縮孔和夾雜聚結(jié)區(qū)，軸頸、軸身表面的溝槽、與葉輪套裝的邊緣和聯(lián)軸器螺栓等。斷軸往往是從這些薄弱環(huán)節(jié)開始的。 斷軸起因：主要是材料缺陷，另還有腐蝕疲勞、疲勞損傷、過載損壞和熱疲勞等幾種。 過載損壞：因?qū)嶋H載荷超過材料的屈服極限，使軸進(jìn)人塑性失穩(wěn)狀態(tài)而斷軸。如超速、軸系共振、油膜振蕩、電氣故障引起的巨大沖擊扭矩和汽缸進(jìn)水均會使軸的載荷明顯升高。 過載損壞主要發(fā)生于聯(lián)軸

36、器螺栓和軸頸處，斷口周圍有明顯的宏觀塑性變形。,防止措施：,選用優(yōu)質(zhì)大鍛件材料 為了降低鍛件中的氫和氧含量，應(yīng)進(jìn)行真空去氣處理； 另外，為了降低材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度和提高斷裂韌性，應(yīng)對鍛件進(jìn)行水淬火熱處理。 合理設(shè)計軸結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中 改善機(jī)組的設(shè)計和運行，防止軸系失穩(wěn)、超速和汽缸進(jìn)水，還要防止導(dǎo)致軸頸損傷的電氣故障和斷路器誤操作 采用高靈敏的探傷方法，定量顯示軸內(nèi)部的缺陷及其發(fā)展，并用斷型力學(xué)評估 對汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系進(jìn)行壽命在線監(jiān)測,轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油在現(xiàn)場時有發(fā)生。 造成進(jìn)油的原因通常有兩種可能， 中心孔探傷后油沒有及時清理干凈，殘存在孔內(nèi)； 大軸端部堵頭不嚴(yán)，運轉(zhuǎn)起來

37、后由于孔內(nèi)外壓差使得潤滑油被逐漸吸入孔內(nèi)。,振動的特征,在振動特征上有一點是共同的，即工頻振動增大的現(xiàn)象； 工頻振幅隨時間緩慢增大，時間度量大約是數(shù)十分鐘或12小時。出現(xiàn)的工況一般在定速后空負(fù)荷或帶負(fù)荷過程；與熱彎曲有類似的地方。 這種故障的發(fā)現(xiàn)通常在新機(jī)調(diào)試階段或機(jī)組大修后。往往初始的一、二次啟動沒有這種現(xiàn)象，后幾次越來越明顯。因此，判斷的一個很重要的依據(jù)是將幾次開機(jī)的振動值進(jìn)行比較。,處理措施,一旦確定振動是由中心孔進(jìn)油所造成的，只有取下軸端堵頭，清理中心孔。,某國產(chǎn)200MW機(jī)組中心孔進(jìn)油的實例,某國產(chǎn)200MW機(jī)組結(jié)束72h和24h調(diào)試后移交生產(chǎn)試運行。試運行期間3號軸承振動增大，導(dǎo)致

38、機(jī)組振動超標(biāo)停機(jī)8次。3號軸承振動有下列特點： 從沖轉(zhuǎn)升速，過臨界轉(zhuǎn)速，到3000 rpm，機(jī)組振動，3號軸承振動均正常； 負(fù)荷50MW以上時（中缸溫度400左右），3號軸承振動和軸振同時上升，波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，主要成分是工頻；而且振動相位發(fā)生變化； 3號軸承振動隨負(fù)荷、缸脹、真空等影響明顯； 振動一旦大起來，改變負(fù)荷和其它參數(shù)都不能使振動降下來，只有停機(jī) 停機(jī)降速過程，過臨界轉(zhuǎn)速時的振動比啟動升速時明顯增大； 停機(jī)后大軸撓度達(dá)到100110mm，在轉(zhuǎn)子完全停止后的2h內(nèi)可以恢復(fù)到原始值。,振動分析和檢查結(jié)果,從振動隨負(fù)荷變化的情況看，象熱彎曲和中心孔進(jìn)油。 將3號軸承振動和72h調(diào)試期間的

39、振動比較，得知初始振動是好的。如果存在熱彎曲，振動表現(xiàn)應(yīng)始終相同。 揭高、中壓缸檢查轉(zhuǎn)子碰摩情況和打開中心孔堵頭檢查有否積油。發(fā)現(xiàn)： 中、低壓接長軸孔內(nèi)有1.52.0kg透平油，中壓轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)有0.5kg透平油。,轉(zhuǎn)子截面剛度不對稱,汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中可能出現(xiàn)截面剛度不對稱的是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)這種轉(zhuǎn)子水平放置時，在重力作用下的，在各個臨界轉(zhuǎn)速的一半時有一個響應(yīng)峰，其振動頻率是轉(zhuǎn)速的2倍。 轉(zhuǎn)子剛度的不對稱又使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的一周中靜撓曲線改變兩次，這樣，就會產(chǎn)生兩倍頻的激振力，這個激振力與電磁力無關(guān)，是轉(zhuǎn)子的力學(xué)特性決定的。,采取的措施,轉(zhuǎn)子兩個主軸方向剛度差別越大，1/2臨界轉(zhuǎn)速的響應(yīng)峰值和兩倍頻激振力也越高。為降低這個剛度差，通常在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體的大齒表面沿軸向銑出一定數(shù)量的圓弧形橫向月牙槽。槽深為轉(zhuǎn)子本體半徑的1/41/5。,油系統(tǒng)著火故障,油系統(tǒng)著火(oil system firing),汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)，潤滑、密封油管路及設(shè)備漏油引起的火災(zāi)。 一般表現(xiàn)為瞬時爆炸式的著火，火勢兇猛，如不能及時切斷油源，火勢將迅速 蔓延擴(kuò)大，可造成燒毀設(shè)備和廠房以致人身傷亡，使電廠長時間喪失發(fā)電能力。 油系統(tǒng)著火的兩個基本條件: 漏油 油管路附近有熱源,