振动分析实例

1、旋转机械诊断监测管理系统（TDM）在电厂的应用摘要：介绍了应用旋转机械诊断监测管理系统（TDM）的硬件及软件组成；深入分析了#4汽轮机组9瓦轴振异常的原因，获取包括转速、波德图、频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供数据及专业的图谱，协助机组诊断维护专家深入分析机组运行状态，并成功处理了9瓦的轴振异常。关键词：应用旋转机械诊断监测管理系统（TDM），组成，异常振动，分析，解决The Application of the Turbine Diagnosis Management (TDM) on Shanxi Zhangshan Electric Power co.,

2、 LtdLi Gang He Xiao Ming Kou Delin(The College of Power and Mechanical Engineering Wuhan University Wuhan 430072) Abstract: Introduce the hardware and software of the Turbine Diagnosis Management (TDM). Analysis the reasons of #9 bearings abnormal vibration of unit 4.Receives the characteristic data

3、 of the speed, Bode diagram, frequency phase, mult-frequencys value and phase.Offers the professional data ,charts to the experts. Helps the experts diagnosis deeply the status of the unit 4. And solve the problem successfully.Key words：Turbine Diagnosis Management (TDM), Composition, abnormal vibra

4、tion, Analysis, solution 引言汽轮机轴系监测系统(TSI)可以对汽轮机轴系参数起到基本的监测和安全保护作用，但TSI缺少对机组振动数据的深入挖掘，使得许多振动方面的问题停留在表面,如在机组冲转、在负荷变化，主、调汽阀门进行切换和单/顺阀切换等工况变化时振动的分析研究。而旋转机械诊断监测管理系统（TDM）则填补了此项功能。它的主要作用在于对机组运行过程中的数据进行深入分析，获取包括转速、振动波形，频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供波德图、频谱图、瀑布图、级联图、轴心轨迹等专业的数据及图谱，协助机组诊断维护专家深入分析机组轴系运行状态，解决机

5、组在实际运行中遇到的问题。1. TDM 的硬件及软件的组成漳山电厂采用北京英华达公司生产的EN8001旋转机械振动监测分析故障诊断专家系统EN8001系统是由硬件系统和软件系统组成，硬件系统主要由下位高速智能数据采集、信息处理、信息数据存储管理系统和服务器、上位机工程师站及附件构成，硬件系统采用积木式模块化的结构，配置灵活，上下位硬件系统通过工业以太网络集成。系统软件由三大部分构成：数据采集软件，数据库软件和分析诊断软件构成。数据采集软件负责数据采集，它能自动识别机组的运行状态，如开停机、升降速及正常或异常状态，并根据机组的状态进行数据采集。在稳定运行状态下，数据硬件采集系统以定时方式进行采集

6、，而在升降速状态下则根据转速的变化进行采集。数据库软件负责数据的存储，它由升降速数据库、历史数据库及事件数据库等组成，它根据机组的不同状态把有关数据存到不同的数据库中，以便于后续分析。分析诊断软件主要用于对各种数据进行在线或离线分析，以判断机组的运行状态并能自动给出机组故障原因和处理意见。上位机可以和多个数据采集箱通讯，并可以通过以太网络或互联网WEB服务器，就可以很方便地组成远程监测诊断。如图1所示。图1：EN8001硬件结构原理图2. TDM 接收的信号和主要功能2.1 TDM要从主机DEH系统接受以下的信号：1). 轴振动：汽轮机轴振动的缓冲信号由本特利3500/20模块的后背板的2个2

7、5针插头引入EN8001的智能高速数采箱。2). 键相：汽轮机轴系的键相信号由25模块后面的缓冲输出引入EN8001智能高速数采箱。3). 此外机组的偏心、轴位移、胀差、主汽温度、主汽压力、有功功率、无功功率、润滑油压等参数通过4-20MA信号引入EN8001智能高速数采箱。2.2 系统主要功能1). 实时监测: 以监视图、轴系仿真运动图、棒表、数据表格、曲线等方式实时动态显示所监测的数据和状态;能够自动识别盘车、升降速、定速、带负荷和正常运行等状态。如图所示：图2：EN8001主要监测画面2). 趋势分析: 可分析任一个或多个参量相对某个参量的变化趋势，其中横轴和纵轴可任意选定,时间段可任意

8、设定。3). 报警、危急状态的识别和事故追忆（包括动态数据），设有事件数据库，可追忆事故前5分种和事故后10分钟的详细数据。4). 振动分析: 具有强大的振动分析功能,包括5). 时域分析:波形、幅值、轴心轨迹、轴心位置;相关趋势分析(振动特性值与过程量之间的关系曲线);轴系仿真图(形象直观显示各轴承之间的动态轨迹);6). 频域分析:频谱、相位、瀑布图(包含波形和相位); 频谱靶图、矢量靶图;7). 变速过程;伯德图、极座标图、级联图。8). 故障诊断 可诊断的故障有不平衡、初始弯曲、对中度不好、轴瓦不稳定、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、参数激振、摩擦、轴承座松动、共振和高次谐波共振；系统要

9、有故障诊断知识库，允许用户添加、修改各种规则。9). 动平衡计算: 具有多种平衡计算方法; 具有多平面、多测点、多转速计算方法。10). 时序分析: 对重要开关量严格区分动作先后时序,分辨率为小于1ms。11). 事件列表: 记录每一事件的详细资料12). 数据管理和传输 自动存储数据，形成历史数据库、升降速数据库、黑匣子数据库等；实时显示数据存储状态，异常时要提示用户；各种类型的数据库可以有选择的进行备份，并提供备份手段；13). 报表打印: 可定时打印运行报表、自动打印操作记录、屏幕拷贝等。14). 完善的帮助系统 齐全的系统操作说明；提供典型的故障案例，故障图谱的实例讲解。15). 具备

10、远程通讯及管理，提供振动咨询。16). 提供与SIS和DCS的网络的通讯接口，并遵从SIS和DCS网络供货商对于数据通讯软件、硬件的要求，负责与SIS和DCS网络供货商配合，最终保证两个系统无缝连接。17). 能灵活地进行通道、数据存储等配置，并能实时在线配置，且不影响数据采集，每一个通道能自动适应（位移、速度、加速度传感器）各种信号类型；允许设置不同管理权限的用户；自动生成系统日志。3漳山电厂#4机组9瓦振动的问题漳山电厂的二期工程2600MW汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。型号为：N600-16.7/538/538。汽轮

11、发电机组为室内纵向顺列布置，机头朝向固定端，汽机房运转层标高为13.7m。高中、低低均为双层缸壳体，高中压部分采用合缸结构，低压部分采用双流反向结构。有七级非调整抽汽。共有9个支持轴承（包括发电机），一个推力轴承，两个双流环形密封瓦（发电机），汽轮机三个转子同发电机转子由刚性联轴器联接成一个刚性轴系，总长为40m. 其中，发电机的机端、励端轴承和滑环碳刷处的轴承分别为#7、#8和9轴承。3.1 #4机组9瓦异常振动情况2008年4月25日，4#机组首次冲转，在定速3000RPM后9瓦X方向轴振最大70m，20分钟后上升至90m，2小时后最大升至142m，复合轴振最大达138m。如图3、图4所示

12、。图3：#4汽轮机首次冲转后9瓦轴振的表现图4：#4汽轮机9Y方向的轴振频谱图（未处理前）3.2 #4机组9瓦异常轴振的初步分析、处理及处理后轴振的表现从图3、图4分析认为：#4汽轮机在转速稳定的情况下，其它轴承处的轴振保持稳定并在优良范围内。只有#9瓦的轴振定速后爬升到138m。从图4的9瓦频谱图可以看出：其振动分量存在一倍频分量、二倍频分量和高倍频分量。并且9瓦处的轴相对细长，处于发电机末端，用以支承滑环。碳刷、密封瓦及电磁激振其振动有额外的影响作用。所以为减少振动，经讨论后作出以下决定：1). 垫高9瓦轴承的高度，以增加轴承的对轴的支持力，克服碳刷对其的影响；2). 不间断检查发电机台板

13、联系螺栓膨胀情况及个别碳刷磨损情况；3). 利用停机机会检查9瓦的紧力、滑环短轴的中心偏差、联轴器下张角和瓦顶间隙等安装参数；4). 检查滑环处配重块的坚固情况；5). 检查发电机密封瓦的磨损、定位情况。6). 将9瓦自由端测速盘取掉4月26日10：54电气试验结束后机组打闸，在盘车状态下在9瓦轴承座底部增加0.10mm的不锈钢垫片。14：20冲转，定速后9瓦Y方向最大仍达110m，9瓦瓦温由58升至59.4。试将碳刷全部拨出后9瓦Y轴振很快降至70m左右，如图5所示。#4汽轮机在汽门严密性试验结束后停机。图5：拆除滑环上碳刷前后#4机9X的轴振瀑布图4月27日在盘车状态下将9瓦轴承座下原加0

14、.10mm的垫片取出，换加0.25mm的钢垫，并同时检查了9瓦紧力、瓦顶间隙，均在要求范围内，并将9瓦自由端测速盘取掉，并检查滑环轴配重块并无松动。13：17机组重新定速为3000RPM，9瓦瓦温为60.3左右，9瓦的轴振虽然在优良范围之内，但是其轴振在76-85m之间不正常波动。在#4机组试运至168期间，不间断地检查发电机台板联系螺栓膨胀情况及个别碳刷磨损情况，9瓦Y方向轴振维持在65m以下稳定运行。在整个过程中9瓦就地测量各个方向的瓦振均很小，最大为10m。3.3 #4机组9瓦异常轴振的再次分析、处理和问题的解决。6月10日3：33左右9瓦X向、Y向及复合轴振均缓慢爬升，至6月21日，

15、9瓦Y方向增至140m，复合轴振最大增至160m。邀请发电机厂振动专家到场协助分析处理。6月21日12：00左右，将发电机氢侧密封油温由40快速升至50后又稳至42，将空侧密封油温由37快速升至48后又稳至43，复合轴振由160m快速降至100m，至14时30分，稳定在73m左右。在整个过程中各个方向的瓦振均很小，与168前一致。以后为能维持9瓦的振动在可接受范围之内，发电机的密封瓦供油温度均保持在5058之间运行。但其轴振仍在72-140m之间波动。如图6所示。图6：9瓦轴振随密封油温度变化图图7：#4汽轮机9Y方向的轴振频谱图（加垫片后）经分析认为，在对9瓦的轴承加高垫片以后，相对于加强了

16、轴承对轴的紧力，固定了轴的振动，初期达到效果，但其轴振的波动是分析的疑点。并且振动的根源并未消除，是“治标不治本的”权宜之计。经过去四十几天的运行以后，轴振再次增大，并呈以下特征：1). 与密封油温关系密切，提高密封油温，振动明显下降，幅值达100m以上，甚至可降至优良范围以内。但随着机组启停次数的增多，起初提高油温至50时振动便明显下降，后来发展至提高至55以上时振动才明显下降。振动对油温的敏感性变弱，但仍起主导因素。2). 9瓦的临界转速越来越接近工作转速，由起初的2640r/min变为2800r/min左右，且临界转速下的振动也越来越大，最大至220m。3). 快速升负荷时，9瓦振动有突

17、升现象，复合轴振最大升至180m左右。4). 起初9X方向轴振动变化不大，且较小，9Y方向及复合轴振较大；后来9X方向轴振较大，最大至105m，但9Y方向及复合轴振很小，甚至达优良。即轴振的相位反复无常，从图7可以看出其振动的频率主要有：一倍频分量、二倍频分量及高倍频分量。提高密封油的温度，即减少密封油的粘度后，9瓦轴振快速降低，说明密封瓦的工作情况变化后，对其轴振有较大的影响。但在工况变化时，其轴振又呈现不稳定的快速变化。相位也有波动，甚至超出报警值；并且9瓦的轴振表现为不稳定，具体体现为临界转速的变化和轴振方向的波动等现象。分析认为：1). 密封瓦存在一定的问题，影响了处于发电机末端的9瓦

18、的轴振，待停机后对密封瓦进行检查，2). 由于机组在低速600RPM时，9瓦处的轴振为32m，趋于初弯值，即转子的初弯曲变不大，同时从频谱图可以看出，9瓦处的一倍频为：30m。同时存在二倍频：50m及高倍频。所以滑环短轴存在质量不平衡的可能性不大。3). 虽然碳刷拔出后,对其振动的影响很大.但经过长时间的磨合，和对碳刷、碳刷架和滑环的检查,其工作正常,对振动的影响在正常范围内，不是主要因素。4). 要利用检修机会检查轴和轴承的安装参数，以最终确定振动大的原因。8月1日，#4机组停机检修。对#9轴承、发电机密封瓦、滑环短轴的联轴器进行了详细的检查，检查发现以下问题：1). 轴瓦与轴承座之间设计紧

19、力为0-0.05mm，安装时为0.06mm，现测量为间隙0.35mm，且轴瓦定位防转销有明显磨损痕迹，表明轴瓦基本已不受轴承座的固定作用，在轴承座内确有运动。进一步检查发现A列侧下瓦枕绝缘垫片与瓦枕之间有0.65mm的间隙，其瓦枕螺栓用手即可拧动，其它瓦枕螺栓也有松动现象。如图8所示：图8：9瓦轴承故障简图2). 轴颈晃度要求为0.05mm，安装时为0.01mm,现测量悬空时为0.06mm，吊起复位为0.15mm。晃度超标。3). 联轴器接合面中心：要求为下张口0.10-0.12mm，安装时为0.105mm，现为上张口0.02mm，向B列张口0.02mm，滑环轴偏A列0.10mm，低0.05m

20、m。联轴器无下张口，无预紧力。4). 密封瓦：检查发现空侧密封瓦有明亮磨擦黑印，但不严重，氢侧密封瓦正常。5). 检查了滑环轴配重块，共5块，均没有移位现象。6). 8瓦油封环正常，没有卡涩现象，径向及轴向间隙均正常。针对上述情况,对汽轮机组进行了检修,调整结果如下：1). 9瓦A列侧下瓦枕加0.60mm的垫片，B列侧下瓦枕加0.30mm的垫片，B列侧上瓦枕加0.10mm的垫片，并将下瓦枕及进油口绝缘垫圈与瓦座进行研刮，测量紧力为0.05mm。2). 将轴系重找中心，下张口为0.09mm，左右张口及中心均控制在0.02mm之内，滑环轴与台板水平差为0.03mm。3). 对轮螺栓力矩为1700-1850N.m，调晃度时将轴瓦下瓦翻出，再用钢丝绳将转子抬起，将其复位，在此状态下将晃度调整为0.03mm。4). 将空侧密封瓦明亮磨擦黑印进行轻微修刮，并用金相砂纸进行打磨后回装。4漳山电厂#4机组9瓦振动的问题分析及解决结合TDM提供的图谱工具分析研究后，对#9轴承、滑环短轴、发电机密封瓦等进行了检修，发现了#9轴承的瓦枕存在问题