旋转机械振动故障诊断及分析(2015.3)分解

1、旋转机械振动故障诊断与分析，汽轮发电机振动源分析影响旋转机械振动故障诊断与处理旋转机械振动故障实例：1。影响旋转机械振动，尤其是大型汽轮发电机轴系振动的因素非常复杂，影响因素很多，既有静态的，也有动态的，这些因素往往综合作用，相互影响。临界速度当转子的工作速度接近其临界速度时，会发生共振，这是产生大振动的主要原因之一。因此，在设计转子时，应确保工作速度相对于其临界速度有足够的避让率。2.轴承特性通常，轴承座的振动幅度与转子的激振力成正比，与支撑系统的动态刚度成反比。因此，在一定的转子激振力条件下，轴承座的振动主要取决于支撑系统的动刚度。增加轴承座的刚度可以略微提高振动

2、响应的峰值速度，但可以大大降低轴承座的峰值振动。为了避免转子和轴承之间的共振，轴承的固有振动频率与工作频率之比应大于2。轴承特性轴承是转子系统阻尼的主要来源。阻尼不仅直接影响振动系统的稳定性，而且对振动响应的峰值也有很大的影响。轴承的动态特性不仅与轴承的几何尺寸有关，还与轴承类型、流体介质和流动状态、线性和非线性计算方法等因素有关。一般来说，减小轴承的展弦比可以提高油膜的刚度，增加轴承的偏心率，提高轴承的稳定性；当间隙较小时，增大间隙比可以提高轴承的刚度和阻尼，增加轴承的稳定性。当间隙较大时，会降低稳定性和不稳定速度。使用低粘度润滑油或提高平均油温可以提高轴承的稳定性；就轴承类型而言，一般认为

3、圆形轴承承载能力最强，但稳定性较差，椭圆形轴承稳定性较好，可倾瓦轴承稳定性最好。4。转子动平衡质量是线性系统(在大多数情况下)，转子不平衡响应的峰值与转子上的剩余不平衡成正比。减小不平衡能明显减小响应峰值，尽可能提高转子动平衡精度是提高转子振动质量的有效措施。5.转子温度效应在高参数或超临界汽轮机中，高、中压转子的温度较高，会引起转子材料弹性模量的变化。材料的弹性模量随着温度的升高而降低，降低了转子的弯曲刚度和临界转速。因此，在分析和计算中应考虑转子温度变化的影响。当气缸或轴承座温度较高时，支撑系统的动态刚度将降低，轴瓦的振动将增加。带负荷运行时，如果转子温度分布不均匀，将导致转子热弯曲，增加

4、振动。在高参数、大容量的高压转子中，特别是超临界汽轮机，不均匀的汽隙(叶尖间隙和汽封间隙)会产生附加蒸汽力，影响轴系的稳定性，降低不稳定转速。此外，对于带喷嘴调节的汽轮机，在某些负荷条件下，轴承的动态特性可能因部分进汽而发生变化，这也可能导致轴承不稳定。7.转子间的连接和对中安装因素是轴系振动的重要影响因素。对于动平衡质量好的转子，如果连接偏差大，也会引起振动。轴系校中时应进行预调整，以保证轴系在热态下是一条平滑的曲线，减少轴的偏差，保证轴承良好在启动、停止和运行期间，应根据设备和系统特性进行操作。2.1号汽轮发电机组振动源分析机械激振力1.1不平衡转子质量约80%的现场振动故障是由不平衡转子

5、质量引起的。主要原因如下：(1)加工不准确或制造过程中材料不均匀，使转子上各部件的横截面相对于旋转中心轴线不对称，或转子在加工和热处理过程中产生残余变形。(2)转子叶片磨损不均匀，盐垢沉积不均匀，转子叶片或拉金断裂，中心孔塞脱落，转子运行时热变形。(3)在大修期间进行了可能破坏转子质量平衡的技术操作，如拆卸或更换叶轮和叶片。1.2靠背轮和转子错位a .靠背轮的影响(1)靠背轮的平面偏移。当靠背轮的螺钉拧紧时，转子将产生静态变形(即偏转)，这将在轴颈上显示大的摆动。在旋转状态下，静态变形会产生旋转的强迫振动。靠背轮连接螺栓的紧固力不同，其后果与钢包相同。两个靠背轮或连接螺栓的连接圆不同心。当靠背

6、螺钉拧紧时，两个转子将偏心，这将在旋转状态下直接产生激振力，并以力偶的形式作用在两个相邻的轴承上。靠背轮引起的振动的特点是振动的主要成分与转速一致，但它含有某些非基波成分，因此可能引起高次谐波和次谐波共振以及普通强迫振动。转子对中的影响通常是指转子对中，实际上是找到轴承中心，即通过调整轴承座的高度和左右位置，使两个靠背轮在冷态下的圆周和平面之间的偏差最小化，从而使轴系在给定的支承数下能连接成一条连续的自然垂直圆弧曲线。对于刚性或半卷绕靠背轮，由于其具有对中配合部分或配合螺栓部分，即使中心稍微错位，即轴承座稍微定位不当，在拧紧螺钉后，转子也会自动同心，因此不会直接产生激振力。但是，轴承座相对位置

7、的变化会导致以下后果：(1)轴瓦的载荷分布不合理，如果载荷过大，轴瓦温度会升高，如果载荷过小，转子不稳定，轴瓦会发生自激现象；(2)破坏调整后的动静间隙，可能引起静摩擦或汽流激振。改变轴系的支承条件，即改变轴系振动系统的参数，导致转子的临界转速和振型曲线发生变化。转子和联轴器承受额外应力。1.3热不平衡许多汽轮发电机组在热态下振动很大，这是由于发电机转子或燃气轮机转子和汽缸受热或冷却不均匀造成的不对称变形，这种变形称为热变形。热变形破坏转子的质量平衡，导致振动。由于转子上某些部件的不对称热变形和热弯曲，发电机转子的热不平衡导致发电机的热不平衡。产生不对称热变形的零件主要是末端零件，尤其是末端包

8、装。由于组件的热膨胀，径向产生不对称位移，破坏了转子的质量平衡。热弯曲主要是由制造和材料缺陷引起的，另一方面，也是由操作原因引起的。汽轮机转子的热不平衡汽轮机转子热不平衡的主要原因是转子产生热弯曲，这是由以下原因造成的：(1)转轴内应力过大。转轴材质不均匀。(3)涡轮叶轮轮毂之间或轴上其他套部件与轴毂之间的轴向间隙不足且不均匀。旋转轴存在径向不对称温差。膨胀不良改变轴承与底座的接触状态可能会降低轴承座的动刚度。在汽轮发电机组中，如果振动随励磁电流的增大而增大，则表明励磁力来自发电机转子，振动是由不对称电磁力引起的。不对称电磁力的原因：(1)发电机转子线圈匝间对地短路。当转子励磁线圈的某些匝失去

9、作用时，所有同步电机都会产生不平衡电磁力，因此会出现随转子旋转的径向不平衡力，从而引起振动。发电机转子和定子之间的气隙不均匀。当转子与定子不同心时，转子自重弯曲变形和油膜厚度的变化会使圆周上的气隙不均匀。当磁极通过最小气隙时，单向磁引力最大；当磁极的中心线穿过最小气隙时，磁引力最小，这种不平衡的电磁力将引起转子和定子的振动。3.支撑系统的刚度不足，共振汽轮发电机组的振动本质上是轴系激振力和支撑部件(轴承座和基础)承载能力的对立统一。在线性系统中，一个部件所呈现的振幅与作用在该部件上的激振力成正比，与其动态刚度成反比。由于支撑系统的共振，在恒定激振力的情况下，轴承座的动刚度减小，轴承的振幅增大。

10、或者与轴承座相连的相邻基础、大直径管道、汽缸、发电机、励磁机定子等部件发生共振，振动能量传递到轴承座，也可能导致轴承振幅增大。4.轴承座轴向振动引起轴向振动的原因可概括为“松动、倾斜和卡滞”。“松动”是指轴承座与台板、台板与基础之间的连接松动，导致轴承座轴向动刚度不足或两侧刚度不对称，从而导致轴承座在激振力的作用下发生轴向偏转。“倾斜”是指轴在轴瓦中偏转，这使得轴瓦中油膜的轴承中心随着转速沿轴向周期性变化，导致轴承座轴向偏转。“夹紧”主要是指由于加工不良或压紧力过大，导致球面瓦出现不光滑现象，不能起到自动调整的作用。5.摩擦振动装置的摩擦主要分为转轴摩擦和静、动态局部摩擦。(1)轴摩擦引起的热

11、弯曲导致机组的强迫振动。旋转轴摩擦引起的热弯曲一般是由静止部件(如汽封齿和挡油板等)之间的摩擦引起的。)和轴本身。转子热弯曲的原因包括转轴振动或晃动、滑销系统异常运行、气缸变形和动静间隙过小等。当动静接触发生时，摩擦部分的温度升高，使转轴产生不对称的温差，这可能导致转子热弯曲并产生振动。静态和动态局部摩擦产生的涡流。静态和动态局部摩擦通常指静态部件(如蒸汽屏障或挡板)接触旋转部件，如叶轮和叶片。金属之间的干摩擦会导致自激振动现象摩擦涡动。动静态局部摩擦会产生直接的冲击力、摩擦力和系统刚度变化。自激振动(1)轴瓦的自激振动轴瓦的自激振动是滑动轴承中油膜激发的振动现象。这是大型汽轮发电机组的常见故

12、障，一旦发生，将对机组的安全构成极大威胁。轴瓦的自激振动一般分为两个过程：半速涡动和油膜振荡。振动频率大约是当时实际速度的一半，这叫做半速旋转。涡流是一种特殊的旋转形式，这意味着不仅旋转轴绕其轴线旋转，而且轴线本身也在轴承衬套中旋转。油膜振荡意味着随着汽轮机(如超临界压力机组)蒸汽参数的提高，高压缸的入口蒸汽密度和流量将增加，蒸汽作用在高压转子上的切向力将把动静间隙、密封结构、转子和汽缸的灵敏度提高到中等程度，并增加作用在高压转子上的激振力。这将降低轴系振动的稳定性。在严重的情况下，会引起高压转子的不稳定，导致突然的低频振动。蒸汽激振力与机组出力近似成正比，因此蒸汽激振引起的不稳定振动成为限制

13、超临界压力机组出力的重要因素，直接影响机组的可用度。汽轮发电机的振动往往是多种复杂因素综合作用的结果，基本上反映了发电厂旋转机械振动的各种因素。旋转机械振动的原因很多，如设计、安装和维护、电气、介质、系统等。在上面，只分析了几个主要的振动源。如果能够准确、及时地判断振动源，防止和减少旋转机械的振动是非常重要的。7。各类旋转机械的一般振动故障分类，3。旋转机械的故障诊断旋转机械的各种振动原因都有其固有的属性。除了振动发生过程和特征的差异外，通常振动谱能完全反映振动的性质。但是，由于某些故障类型引起的振动可能具有相同或相似的频谱，因此有必要通过振动的相位关系等相关因素进行进一步分析。因此，振动频谱

14、与相位的关系是振动故障诊断的基本工具。下面将列出一些典型故障的振动频谱特性、相位关系和振动特性。质量不平衡质量不平衡是旋转机械最常见的故障。不平衡的转子在其临界速度时通常会导致显著的振动峰值。质量不平衡通常反映了大的1X振动。转子本身的离心力造成的不平衡通常表现为径向振动。支撑转子的两个轴承在相同方向上的振动相位在纯静不平衡中是相同的，而支撑转子的两个轴承在纯偶不平衡中的振动相位相反，即相位差为180。然而，实际的转子通常具有静态不平衡和耦合不平衡(即动态不平衡)。此时，在相同方向上支撑转子的两个轴承的振动相位差从0变化到180。然而，当悬臂转子不平衡时，它可能产生很大的轴向振动。当转子的延伸

15、端不平衡时，支撑转子的两个轴承的轴向振动相位相同。通常，线性转子动力学理论用于分析转子不平衡离心力引起的振动。此时，假设振幅相对于轴承间隙较小(通常为轴承间隙的10% 15%)。然而，当出现大的不平衡时(如叶片脱落)，振动特性将会改变。在一定速度下，振幅并不随不平衡力的增加而线性增加，而是经常产生非线性振动特性，表现出丰富的振动频谱。除了基频分量之外，可能还有大量的低频和高频分量，例如0.5X、1.5X、2X、2.5X等。300MW机组低压转子末级叶片突然脱落后停机时#3轴承轴振动频谱。不对中是旋转机械最常见的故障之一。转子不对中通常指两个相邻转子的轴线与轴承中心线之间的倾斜或偏移程度。转子失

16、准可分为联轴器失准和轴承失准，这导致联轴器处的附加弯矩。轴系不对中通常是由加工和安装误差、基础受热不均、基础下沉不均、机组各部件热膨胀和变形等因素造成的。2.1联轴器不对中包括三种情况：联轴器不对中(端面不对中)、平行不对中(非同心)和平行不对中。联轴器端面偏转的特点是轴向振动大联轴器不对中引起的振动现象与端面不对中引起的振动现象相似，但表现出较大的径向振动，振动相位与沿联轴器两端测得的振动相位相反。2X振动分量通常大于1X分量，其大小取决于联轴器的类型和结构。当联轴器端面偏移或偏心严重时，会产生一些较高的振动谐波分量(4x 8x)，联轴器的结构将对振动频谱特性产生重要影响。实际旋转机械各转子联轴器的不对中既包括平行不对中，也包括角度不对中，因此由其引起的振动特性和频谱特性是上述两种情况的综合结果。当联轴器的错位很小时，振动频谱基本上仍然是1X分量。2.2轴承错位轴承错位包括两种情况：偏转角错位和平行度错位。自调心轴承目前被广泛使用，因此轴承的不对中很容易消除。但是，轴承位置和高度的变化会重新分配轴承载荷，从