【汽轮机振动故障机理分析4500字】

汽轮机振动故障机理分析目录TOC\o"1-3"\h\u31389汽轮机振动故障机理分析 1210531.1引言 133791.2转子的故障类型研究 1216371.2.1转子质量不平衡故障 173911.1.2转子不对中故障 351341.2.3基础松动引起的故障 5318021.3汽轮机典型故障诊断方法简介 61.1引言汽轮机转子是汽轮机组的重要构件，高温、高压蒸汽进入汽轮机之后，其热能在喷嘴内化为汽流的动能，冲击汽轮机的叶片，使汽流的动能转换为汽轮机转子的机械能，从而使转子进行转动。汽轮机尤其是船用汽轮机转子，其功率密度更大，需要转子运行的转速更高。而且汽轮机常处于变工况运行，导致汽轮机转子运行于不同转速。转子在运行过程中容易受到外界扰动发生振动，转子振动不仅影响机组经济稳定运行，而且影响机组的隐身性、机动性等性能，甚至直接影响机组的安全可靠性。通过对汽轮机振动故障调查发现，典型的汽轮机转子振动故障占所有故障的90%以上，为此本章将重点分析汽轮机转子典型振动故障机理、振动原因、特征以及处理措施，并给出汽轮机振动故障振动方法分类、典型故障处理流程及要点，为转子振动故障诊断提供支撑1.2转子的故障类型研究1.2.1转子质量不平衡故障1．故障机理分析转子质量不平衡产生振动的机理是，转子各横截面的质心连线与各截面的几何中心线不重合，从而使转子在旋转时，各截面的离心力构成一个空间连续力系，转子的挠度曲线为一连续的三维曲线[20]，如下图2-1所示，且该曲线以工频(工作转速对应的频率)进行旋转，产生振动激励。图2.1转子空间力系示意图2．故障原因分析汽轮机组转子质量不平衡产生的原因主要有：原始质量不平衡；转动过程中的部件飞脱、松动以及转子的热弯曲等，现分别介绍。(1)原始质量不平衡原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上就已经存在的不平衡，它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。原始不平衡最显著的特征是“稳定”，这个稳定是指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速或带负荷的时间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响。在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约20%，相位在10-20oC范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进行任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。大修后的机组，如果较大修前工频振动变大，则表明大修中必然动过转子部件，如换叶片、拉筋等。反之，如果转子上的部件没有任何变动而出现了工频振动大的情况，则应仔细分析原因。(2)转子部件的飞脱和松动主汽轮机组转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉金及平衡质量块。飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒钟内以某一瓦振或轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时会出现一个固定的变化。相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大，这种故障一般发生在机组带有某一负荷的情况。发生松动的部件可能有叶片、联轴器等，部件松动所造成的工频振动大的情况可能发生在升速、定速或带负荷过程，有的情况下振动会变小，出现波动现象[21]。3．故障防治措施(1)优化设计、制造，检查活动部件是否安装在原位；(2)更换脱离或磨损、腐蚀严重的叶片，清洗结垢；(3)校直轴，或找平衡方法抵消。1.1.2转子不对中故障1．故障机理分析汽轮机组是多转子连接而成的轴系，转子之间由联轴器连接。对中是指在运行状态下，轴系中各个转子的中心线在一连续的轴线上，并使各轴承的负荷满足设计要求。如果不能达到这样的要求，则称为不对中。转子不对中是汽轮机组及其辅助设备最常发生的故障之一。当转子系统出现不对中后，在其运动过程中将产生一系列不利于设备运行的动态效应，引起设备的振动、联轴器偏转、轴承的磨损和油膜失稳、转轴的挠曲变形等，危害极大。根据国外相关资料介绍，60-70%的旋转机械振动故障由轴系不对中引起或与之相关[22]。存在不对中故障的汽轮机若长期运行，有可能产生非常严重的后果。汽轮机组不对中主要表现为联轴器不对中和轴承不对中。联轴器不对中：指相邻两根转轴轴线不在同一直线上(见图2.2a)，或不是一条连续的光滑曲线，联轴器部位存在拐点或阶跃点。联轴器不对中包括三种情况，一是联轴器端面与轴心线不垂直形成偏角不对中(图2.2c)；二是联轴器的有关圆柱面和连接螺栓孔节圆中心和轴颈不同心形成不对中，即平行不对中(图2.2b)；三是前两种不对中的组合(图2-2d)，即平行偏角不对中。轴承不对中：包括偏角不对中和标高变化两种情况。目前多使用自位轴承，一般的轴承偏角不对中容易消除，但轴承位置标高的变化会使轴承载荷重新分配，从而影响整个轴系的稳定性。图2.2联轴器不对中三种类型2．故障原因分析(1)经过分析可知，平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，弯矩的作用是力图减小两轴中心线的偏角。轴旋转一周，弯矩作用方向交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。平行偏角不对中是以上两种情况的综合，当转子运转时，就有一个两倍频的附加径向力作用于靠近联轴器的轴承上，有一个同频的附加轴向力作用于止推轴承上，从而激励转子发生径向和轴向振动。(2)轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和左右位置的偏差。由于结构上的原因，轴承在水平方向和垂直方向上具有不同的刚度和阻尼，不对中的存在加大了这种差距。虽然油膜既有弹性又有阻尼，能够在一定程度上弥补不对中影响，但当不对中过大时，会使轴承的工作条件改变，使转子产生附加的力和力矩，甚至使转子失稳和产生碰摩。(3)另外造成汽轮机组转子不对中的原因还有：设计对中考虑不够及计算偏差；安装找中误差和对热态转子不对中量考虑欠佳；运行操作上超负荷运行和机组保温不良，轴系各转子热变形不一；机组基础、底座沉降不均使对中超差和软地脚造成对中不良。3．防治措施分析(1)在安装和检修过程中应严格进行轴系找中、在运行过程中应避免对机组轴系形成冲击负荷，才能保证汽轮机组的安全、稳定运行;(2)提高检修和工艺水平，安装保证联轴器无飘偏和偏心，处理接触面锈蚀和改进润滑系统，消除滑销系统卡涩，消除支撑轴承标高偏差;(3)控制机组的负荷规定，禁止机组超负荷运行；(4)如果由于支撑轴承标高的变化导致轴承不对中，查找影响轴承中心的因素如：轴承座垂直方向的热膨胀、油膜厚度的影响、基础框架受热不均的影响、冷凝器水位和真空的影响。1.2.3基础松动引起的故障1．故障机理及原因分析当机组基础框架受船体变形发生不均匀上升和下降时，安装着轴承的汽缸变形时，这都会改变轴承的标高，使轴系的受力发生变化，引起机组振动。当轴承供油不足或油温过低使油膜遭到破坏时、当轴瓦或轴承座产生松动时、当滑销系统卡涩或汽缸受到管道推力过大而轴承座被拱起时，这些也会使轴系的受力发生变化，从而引起机组振动[23]。系统振动由两方面决定的，即激振力和轴承刚度，支撑松动会影响轴承刚度，进一步使系统振动增大。支承松动引起系统的结构刚度变小，很小的激振力会引起较大的振动，以下因素可能导致支撑刚度的降低：(1)连接螺栓松动；(2)轴承座和台板接触不好；(3)汽缸的膨胀不畅、滑销系统的卡涩；(4)大型机组轴承座径向振动多发生在低压缸的轴承上。2．故障特征分析(1)相位不稳定；(2)振动随转速、负荷变化明显；(3)振动不稳定，转速达某一阈值是振幅突然增大或变小；(4)松动的方向振动大、轴承座的振动会明显增大。3．防治措施分析支承松动引起的振动会引起轴承座较大的振动，对于该类型振动的诊断可以通过测量轴承座的振动来进一步确定。直接检查的方法有测量差别振动和用手触摸两种[24]：测量差别振动——现场最常见的是轴承座与台板、台板与基础之间的基础不良，可以通过测量他们之间振动的差异来判断；用手指触摸——用手指紧贴在轴承座与台板结合处，当两者结合不好时，在交变振动力的作用下，手指会有挤压感，用同样的方法可以检查台板与基础的结合情况。还可采用肥皂水检测——将肥皂水浇在轴承座和台板结合处，当两者结合不好时，接缝处会有小气泡产生，用同样的方法可以检查台板与基础的结合情况。支承系统条件改变引起故障防治措施为：(1)按技术要求安装，保证配合要求；(2)从差别振动中发现松动的发生部位，采取紧固措施；(3)防止机壳或基础变形；(4)合理运行，防止低压缸支承部分的变形；(5)轴承座与台板整理接触不良，导致水平刚度大幅度降低，能够降低水平振动的有效方法就是采用高速动平衡手段来降低转子上残余的不平衡激振力；(6)对于服役时间较长的机组，由于运行时间长，会导致基础刚度有所下降，因而检修中应注意对整体刚度的检查，适当将检修标准控制严格一些。1.3汽轮机典型故障诊断方法简介典型的热力设备监测与故障诊断的基本思路如图2-3所示。热力设备监测与故障诊断主要通过测取设备的状态信号，结合其历史状况对所测信号进行处理、特征提取，从而定量诊断(识别)系统设备、子系统的运行状态，并预测系统运行未来变化趋势，并最终确定出要采取的必要对策[24]。 图2.3故障分析系统故障诊断的主要目的有：通过检测、分析、性能评估等，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息；及时、正确、有效地对设备的各种异常或故障状态作出诊断、预防或消除故障；同时对设备的运行维护进行必要的指导；制定合理的检测维修制度，保证设备发挥最大设计能力，同时在允许的条件下充分挖掘系统潜力，延长其服役期和使用寿命。为达到上述目的，热力设备监测与故障诊断主要有：(1)离线监测离线监测:采用定期或不定期巡回检测和离线方式采集现场数据，然后回放到计算机，由计算机软件进行监测与诊断。基本组成:传感器、便携式数据采集器、计算机软件。特点:离线分析，对突发故障无能为力，但可精细分析。适用范围:小规模热力系统或独立分析布置的小设备，尤其是那些尚无固定监测点的设备进行状态监测和故障诊断。(2)在线监测与诊断系统在线监测:通过热力系统的在线监测系统在线监测和显示各设备状态的特征参数，典型测量如图2.4示。 图2-4典型测量图主要特点如下:①数据采集连续、快速、数据处理实时性好、捕获突然故障。②适用于固定监测点的大型连续运行系统及关键设备。(3)集中式单机系统以单一计算机为主体的检测与诊断系统；由计算机主控完成现场工况监测、数据采集、信号处理与分析、故障诊断等全部工作，其主要特点为：①便于管理控制，具有较高的稳定性和可靠性②系统具备信号处理技术、特征提取、状态分类、趋势分析及分析报告生成、数据库管理等功能。(4)远程故障诊断系统模型主要针对地域分布较广的多个系统及设备，通过计算机网络把分布于各局部现场、独立完成特定功能的本地计算机互联接起来，并在一台主控计算机的控制下，构成分级管理模式，最终达到资源共享、协同工作、分散监测与集中管理、诊断的目的。典型示意图如图2-5所示。图2.5远程故障诊断系统模型充分挖掘和发挥网络信息交换