汽轮机组振动初探

1、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 vibration is harmful.In order to ensure the safety of steam tu

2、rbine，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

3、，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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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：

14、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

15、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； .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