汽轮机常见故障诊断

1、汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 l机组振动机组振动 l油系统着火油系统着火 l水冲击水冲击 l超速超速 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 l近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验 教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故 障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使 得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场 经验外，还应该掌握一定的基础理论和科学

2、的分析能力，经验外，还应该掌握一定的基础理论和科学的分析能力， 这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措 施，而不致盲目地一概采用现场高速动平衡的方法，使得施，而不致盲目地一概采用现场高速动平衡的方法，使得 表面上振动有所减小，实际上没有根治，机组经过一段时表面上振动有所减小，实际上没有根治，机组经过一段时 间的运行或检修后，振动重复出现。间的运行或检修后，振动重复出现。 汽轮机常见故障诊断 序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征 1原始质量不平衡原始质量不平衡1X振幅、相位随转速变化，随时间不变，轴心轨迹呈

3、椭圆轨迹或圆轨迹振幅、相位随转速变化，随时间不变，轴心轨迹呈椭圆轨迹或圆轨迹 2转子原始弯曲转子原始弯曲1X低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小 3转子热弯曲转子热弯曲1X振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复 4转动部件（叶片、平转动部件（叶片、平 衡块）飞脱衡块）飞脱 1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响振动突增，相位突变到定值，伴随声响 5转轴不对中转轴不对中1X、2X高的高的2X或或3X振幅，振幅，1/2临界转速有临界转速有2X共振峰，共振峰，“8”字形轨迹字形轨

4、迹 6联轮器松动联轮器松动1X 、2X等等与负荷有关与负荷有关 7动静碰摩动静碰摩1X、整分数、倍频、整分数、倍频内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加 8油膜涡动油膜涡动0.350.5X低频的出现与转速有关低频的出现与转速有关 9油膜振荡油膜振荡fcril在一定转速出现，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速，大于在一定转速出现，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速，大于 1X振幅振幅 10汽流激振汽流激振fcril与负荷密切相关，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速，改变与负荷密切相关，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速

5、，改变 负荷即消失负荷即消失 11结构共振结构共振1X、分数、倍频、分数、倍频存在明显的共振蜂，与转速有关存在明显的共振蜂，与转速有关 12结构刚度不足结构刚度不足1X与转速有关，瓦振轴报接近与转速有关，瓦振轴报接近 13转子裂纹转子裂纹1X、2X降速过降速过1/2临界转速有临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大振动峰，随时间逐渐增大 汽轮机常见故障诊断 序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征 14转子中心孔进油转子中心孔进油1X、0.8X0.9X与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大 15转轴截面刚度不对称转轴截面刚度

6、不对称2X1/2临界转速有临界转速有2X振动峰振动峰 16轴承座刚度不对称轴承座刚度不对称2X垂直、水平振动差别大垂直、水平振动差别大 17轴承磨损轴承磨损1X、次同步、次同步1X、1/2X、1.5X高高 18轴承座松动轴承座松动1X与基础振动差别大与基础振动差别大 19瓦差松动，紧力不足瓦差松动，紧力不足1X、分频、分频、1/2X可能出现和差振动或拍振可能出现和差振动或拍振 20瓦体球面接触不良瓦体球面接触不良1X和其他和其他振幅不稳定振幅不稳定 21叶轮松动叶轮松动1X相位不稳定，但恢复性好相位不稳定，但恢复性好 22轴承供油不足轴承供油不足1X瓦温、回油温度过高瓦温、回油温度过高 23匝

7、间短路匝间短路1X、2X和励磁电流有关和励磁电流有关 24冷却通道堵塞冷却通道堵塞1X与风压、时间有关与风压、时间有关 25磁力不对中磁力不对中2X随有功增大随有功增大 26密封瓦碰摩密封瓦碰摩1X、2X振幅逐渐增大振幅逐渐增大 汽轮机常见故障诊断 l下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。 质量不平衡质量不平衡 转子的弯曲转子的弯曲 动静碰摩动静碰摩 油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振 结构共振结构共振 结构刚度不足结构刚度不足 联轴器不对中联轴器不对中 裂纹转子裂纹转子 转子中心孔进油转子中心孔进油 转子截面刚度不对称转子截面刚度不对称 汽轮机常见

8、故障诊断 l转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振 动故障，它约占了故障总数的动故障，它约占了故障总数的80。随着制。随着制 造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不 断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。 即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振 动的主要故障。动的主要故障。 l处理手段：低速动平衡，高速动平衡。处理手段：低速动平衡，高速动平衡。 汽轮机常见故障诊断 9 Shaft centerline Mass centerline Shaft

9、 centerline Mass centerline Static imbalanceCoupled imbalance 汽轮机常见故障诊断 l最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号 中占主要成分。中占主要成分。 l工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括：工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括： 各次启机；各次启机； 升降速过程；升降速过程； 不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电 流等。流等。 l工频振动的相位同时也是稳定的。工频振动的相位同时也是稳定的。 l第二个主要依据是这种状况的重复性。第二个

10、主要依据是这种状况的重复性。 汽轮机常见故障诊断 l汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的 原因有三个：原因有三个： 原始不平衡；原始不平衡； 转动过程中的部件飞脱、松动转动过程中的部件飞脱、松动; 转子的热弯曲。转子的热弯曲。 原始不平衡是主要原因。原始不平衡是主要原因。 汽轮机常见故障诊断 l原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。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。成的。 l这种不平

11、衡的特点：这种不平衡的特点： 除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是“稳定稳定”，这个稳定是，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 升速时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。升速时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。 具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约20， 相位在相位在1020范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。范围内变化的工频

12、振动均可以视为是稳定的。 l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。任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。 汽轮机常见故障诊断 l汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉 金以及平衡质量块；金以及平衡质量块； 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。主

13、，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。生在机组带有某一负荷的情况。 l发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。 部件松动所造成的工频振动大的情况可以发生在升速、定速或带负荷部件松动所造成的工频振动大的情况可以发生在升速、定速或带负荷 过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。 汽轮机常见故障诊断 l某电厂的某电厂的

14、200MW机组大修后启机，机组大修后启机，3、4号轴承振动大进号轴承振动大进 行动平衡，接长轴联轴器加重行动平衡，接长轴联轴器加重1600g，用两个，用两个M14的螺钉的螺钉 固定，升速到固定，升速到2600rpm时，时，3号轴承附近发出一声响声，号轴承附近发出一声响声， 振动增大，立即停机，发现平衡块飞脱。振动增大，立即停机，发现平衡块飞脱。2600rpm平衡块平衡块 飞前，飞前，3号轴振为号轴振为 179m mm14，瓦振为，瓦振为 41m mm69， 飞后飞后3号轴振为号轴振为 220m mm60，瓦振为，瓦振为 47 m mm118，平，平 衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变化约衡块飞脱使得

15、轴振和瓦振相位变化约60，轴振振幅增加，轴振振幅增加 40m mm，瓦振振幅增加，瓦振振幅增加 6m mm。 汽轮机常见故障诊断 l某某200MW机组大修后启动，机组大修后启动，3000 rpm时时3瓦垂直方向振动约瓦垂直方向振动约 100m mm，决定进行动平衡，决定进行动平衡 l平衡计算过程如下：平衡计算过程如下： 原始振动：原始振动：A0 = 97 m mm277 在接长轴试加重：在接长轴试加重：Pt = 781g135 再次启机再次启机3000rpm，测：，测：A1 = 140 m mm269 计算影响系数计算影响系数 a a = (A1-A0)/Pt = (140 m mm269-

16、97 m mm277)/ 781g135 = 0.0589(m mm/g) 116.9 计算最终加重量：计算最终加重量： P = 1646.9g340 加重后的结果：加重后的结果： A = 17 m mm121 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 l转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间 的变化。的变化。 随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐渐增大，随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐渐增大， 相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓，最终基本不变。相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓

17、，最终基本不变。 l存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的 振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。 两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有时需要安两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有时需要安 排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较快地减负荷，以观排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较快地减负荷，以观 察转子温度高的情况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。察转子温度高的情况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。 l一旦转子温度降低，转

18、子的弯曲会很快恢复。因此，测试必一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。因此，测试必 须在转子弯曲没有完全恢复前进行。须在转子弯曲没有完全恢复前进行。 汽轮机常见故障诊断 l新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态 是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。 l有时运行原因也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、有时运行原因也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、 动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热 弯曲都是可以恢复的，

19、引起热弯曲的根源消除后，工频振弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振 动大的现象也会随之自行消失。动大的现象也会随之自行消失。 l发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于 对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一 阶振动影响最大，表现最明显应该在过一阶临界转速时的阶振动影响最大，表现最明显应该在过一阶临界转速时的 工频振动增大。工频振动增大。 汽轮机常见故障诊断 l当转子最大内应力超过材料的屈服极限，当转子最大内应力超过材料的屈服极限， 使转子局部产生塑性变形，当

20、外力和热应使转子局部产生塑性变形，当外力和热应 力消除后，变形不能消失，称为：塑性弯力消除后，变形不能消失，称为：塑性弯 曲，也称永久性弯曲曲，也称永久性弯曲 l永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入 运行，必须进行直轴处理，将会造成很大运行，必须进行直轴处理，将会造成很大 的经济损失的经济损失 汽轮机常见故障诊断 l动静摩擦动静摩擦转子径向局部过热膨胀转子径向局部过热膨胀弯曲弯曲 当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的作用当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的作用 方向基本一致，往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环

21、，以致使主轴产方向基本一致，往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环，以致使主轴产 生永久性弯曲。生永久性弯曲。 l停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外原因进冷水，也停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外原因进冷水，也 会造成主轴弯曲会造成主轴弯曲 进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止 静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到150200时，就会造时，就会造 成主轴永久性弯曲。成主轴永久性弯曲。 l转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间转子的原材料存在过大的残余内应力，在

22、较高的温度下经过一段时间 的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。 l另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲 汽轮机常见故障诊断 l汽轮机安装时，必须考虑热状态变化，合理调整动静间隙，汽轮机安装时，必须考虑热状态变化，合理调整动静间隙， 以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。 l汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程 中不产生过大的上下部温差。中不产生过大

23、的上下部温差。 l主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必须有完善的疏水系统。在主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必须有完善的疏水系统。在 停机后注意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进停机后注意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进 水。水。 l运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。 在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到0.04mm时，必须打闸停时，必须打闸停 机，不得盲目升速或降速暖机。机，不得盲目升速或降速暖机。 l起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数，起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转

24、参数， 在冲转条件不具备情况下，严禁起动。在冲转条件不具备情况下，严禁起动。 汽轮机常见故障诊断 l汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中。随着现。随着现 代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。 l碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要原碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要原 因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲， 甚至整个甚至整个。 l对碰摩的对碰摩的，进行了许多研究，但是，

25、这些研究结果和实际情，进行了许多研究，但是，这些研究结果和实际情 况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。 l碰摩的碰摩的是目前具有一定是目前具有一定的主要振动故障。的主要振动故障。 每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程 中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延 误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流

26、部分已严重摩擦。 汽轮机常见故障诊断 l机组动静碰摩通常有下列起因：机组动静碰摩通常有下列起因： 转轴振动过大。转轴振动过大。 l不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动 静间隙值，都可能与静止部位发生碰摩。因此，静间隙值，都可能与静止部位发生碰摩。因此， 碰摩常常是中间过程，而非根本原因。碰摩常常是中间过程，而非根本原因。 由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置， 整个转子偏斜。整个转子偏斜。 l非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。 汽轮机常见故障诊断 l动静间隙不足动静间

27、隙不足 有时是设计上的缺陷所造成的。也经常是安装、检修的原因，动静有时是设计上的缺陷所造成的。也经常是安装、检修的原因，动静 间隙调整不符合规定所致。间隙调整不符合规定所致。 动静间隙是受多种因素影响的。如动静间隙是受多种因素影响的。如: l真空、凝汽器灌水、缸温等，真空、凝汽器灌水、缸温等， l即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化 l缸体跑偏、弯曲或变形缸体跑偏、弯曲或变形 机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这个部机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这个部 位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约

28、有近位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约有近30台机组发生台机组发生 过这样的故障。过这样的故障。 开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的 主要运行原因之一。主要运行原因之一。 汽轮机常见故障诊断 l轻的：轻的： 汽封磨损汽封磨损汽封漏汽量增大汽封漏汽量增大降低汽轮机效率降低汽轮机效率 l重的：重的： 叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏 汽轮机常见故障诊断 l隔板汽封隔板汽封 l叶片围带汽封叶片围带汽封 l轴端汽封轴端汽封 l各轴承的油挡部位各轴承的油挡部位 l发电机的

29、径向碰摩通常发生在密封瓦处发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 l全周碰摩全周碰摩 转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。 l发生全周碰摩的静子在发生全周碰摩的静子在360周向都要接触，转子可以是周向都要接触，转子可以是 只有部分弧段接触，也可以是全局接触。只有部分弧段接触，也可以是全局接触。 l部分碰摩部分碰摩 转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。 l部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。 汽轮机常见故障诊断 由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫

30、同步响应的基础上叠加一由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上叠加一 个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固有频率，是整个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固有频率，是整 个振动响应的主要成分。个振动响应的主要成分。 l碰摩的响应碰摩的响应 碰摩转子的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐波成分。碰摩转子的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐波成分。 实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对 不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在

31、实际 信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。 汽轮机常见故障诊断 l碰摩发生时作用在转轴上有两种力：碰摩发生时作用在转轴上有两种力： 冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运动。冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运动。 l碰摩时的冲击效应有下列特点：碰摩时的冲击效应有下列特点： 由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应 由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。由于转轴的

32、旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。 撞击时具有高的法向力和切向力。撞击时具有高的法向力和切向力。 接触材料之间存在着能量的吸收和转移。接触材料之间存在着能量的吸收和转移。 接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。 摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。 摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。 l碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具

33、有非线性特性。因此，这个过程的振动信号碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号 含有丰富的谐波分量。含有丰富的谐波分量。 l碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。 l严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。 l摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振 动增大。动增大。 汽轮机常见故障诊断 l碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界碰摩具有

34、多种征兆，易变的信号特征与外界 条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆，条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆， 在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障 的表现带有一些不确定性。的表现带有一些不确定性。 汽轮机常见故障诊断 l碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要 开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高准确性。开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高准确性。 l现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行判断。另外现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行判断。另

35、外 还可以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的还可以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的 变化。单纯用瓦振信号进行判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供变化。单纯用瓦振信号进行判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供 丰富的碰摩信息。丰富的碰摩信息。 l机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。 l现场运行人员在启机过程常采取现场运行人员在启机过程常采取“听诊听诊”的方法，对碰摩的确定有时的方法，对碰摩的确定有时 也是有用的。但要注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是有用的。但要注意，由于高中

36、压缸都是双层缸，有的机组低压缸 也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声 比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生 碰摩的决定性判据。碰摩的决定性判据。 汽轮机常见故障诊断 l根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各 部位的动静间隙部位的动静间隙 l认真分析转子和汽缸的膨胀特点和变化规律，在起动、认真分析转子和汽缸的膨胀特点和变化规律，在起动、 停机和变工况时注意对胀差的控制和调整

37、停机和变工况时注意对胀差的控制和调整 l在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数 的变化、监视段压力及轴的窜动的变化、监视段压力及轴的窜动 l在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水 l起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不 得在超限增况下强行起动得在超限增况下强行起动 汽轮机常见故障诊断 l某某200MW机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。 l碰摩情况：碰摩情况： 启动按常规进行到启动

38、按常规进行到3000 rpm定速，保持定速，保持2小时准备做超速试验，这小时准备做超速试验，这 时运行人员先试验同步器，将转速降到时运行人员先试验同步器，将转速降到2350 rpm又很快回升到又很快回升到 3000 rpm，这时，这时3号轴承振动从号轴承振动从20m mm开始急剧增大，主要是工频成开始急剧增大，主要是工频成 分，分，2、4号轴承振动也同时上升，并发现号轴承振动也同时上升，并发现3号轴承处涌出大量烟雾。号轴承处涌出大量烟雾。 大约经过大约经过7min，3号轴承振幅已上升到号轴承振幅已上升到75m mm，随后紧急打闸停机。，随后紧急打闸停机。 揭开揭开3号轴承盖，发现大轴与号轴承盖

39、，发现大轴与3号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹 槽深槽深34mm，宽，宽56mm，张角，张角60 汽轮机常见故障诊断 该案例说明：该案例说明： 碰摩时各振动碰摩时各振动 分量增加的速分量增加的速 度很快。由于度很快。由于 打闸及时，幸打闸及时，幸 未造成严重事未造成严重事 故。故。 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 汽轮机常见故障诊断 l这是一种自激振动。这是一种自激振动。 l自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶 临界转速为振动频率，它的出现与转速或负荷密切相临界转速为振动频率，它

40、的出现与转速或负荷密切相 关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种 机制。机制。 l自激振动和强迫振动本质上的区别在于：自激振动和强迫振动本质上的区别在于： 自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受 其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失； 自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。 强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动强迫振动中，持续作用的交变力独立于

41、运动存在着，即使振动 停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相 等。等。 汽轮机常见故障诊断 l转子内部阻尼；转子内部阻尼； l动压轴承和密封、油封；动压轴承和密封、油封； l汽封；汽封； l汽轮机组的气动耦合；汽轮机组的气动耦合； l顶隙激振；顶隙激振； l叶轮叶轮通流部分相互作用力；通流部分相互作用力； l转子内滞留液体；转子内滞留液体； l干摩擦碰摩；干摩擦碰摩； l扭转变形涡动；扭转变形涡动； l弯扭耦合。弯扭耦合。 汽轮机常见故障诊断 l滑动轴承油膜失稳造成的半速涡动和油滑动轴承油膜失稳造成的半速涡动和油 膜振荡；膜

42、振荡； l汽流激振；汽流激振； l转轴材料内阻引起的不稳定振动、转轴转轴材料内阻引起的不稳定振动、转轴 和套装叶轮之间的内摩擦以及中心孔进和套装叶轮之间的内摩擦以及中心孔进 油造成的振动等。油造成的振动等。 汽轮机常见故障诊断 l某苏制某苏制BT503型双抽凝汽式机组，高压转子，型双抽凝汽式机组，高压转子， 低压转子的临界转速分别是低压转子的临界转速分别是1800 rpm和和1900 rpm， 发电机转子临界转速是发电机转子临界转速是1365 rpm。 l机组的主要问题是：机组的主要问题是： 2号瓦经常碎瓦。据记载，从号瓦经常碎瓦。据记载，从1980年到年到1991年底，对年底，对2号瓦号瓦

43、上、下瓦共进行过上、下瓦共进行过12次补焊、浇乌金或换备品瓦。次补焊、浇乌金或换备品瓦。 l多次测量表明，机组的振动特征为：多次测量表明，机组的振动特征为： 高压转子随负荷增大而出现的突发性半周振动。随时间推高压转子随负荷增大而出现的突发性半周振动。随时间推 移，机组振动日趋恶化，出现半周振动的起始负荷区域在移，机组振动日趋恶化，出现半周振动的起始负荷区域在 不断扩大，发生大振动次数增多。不断扩大，发生大振动次数增多。 l这台机组的振动带有典型性，它是以轴系的失稳为这台机组的振动带有典型性，它是以轴系的失稳为 主，同时存在其他振动缺陷。主，同时存在其他振动缺陷。 汽轮机常见故障诊断 l采取了系

44、列措施后，半周振动一步步减小。这些采取了系列措施后，半周振动一步步减小。这些 措施中，没有发现哪一项有十分显著的效果，也措施中，没有发现哪一项有十分显著的效果，也 没有发现某项没有任何作用。没有发现某项没有任何作用。 修复三号瓦、前端加重、联轴器加重、调整联轴器罩修复三号瓦、前端加重、联轴器加重、调整联轴器罩 l分析后认为：机组的分析后认为：机组的1、2号轴瓦是半速涡动的重号轴瓦是半速涡动的重 要原因，联轴器、联轴器罩、不平衡重以及汽流要原因，联轴器、联轴器罩、不平衡重以及汽流 力也都有直接影响。这些因素相互交织、综合作力也都有直接影响。这些因素相互交织、综合作 用，使得该机组与单一因素造成的

45、机组振动不同，用，使得该机组与单一因素造成的机组振动不同， 振动缺陷长期以来难以判断和解决。振动缺陷长期以来难以判断和解决。 l高压转子的半频振动是非典型的油膜半速涡动。高压转子的半频振动是非典型的油膜半速涡动。 表现为和负荷有密切关系，受工频振动影响显著，表现为和负荷有密切关系，受工频振动影响显著， 与转速的联系不很明显。与转速的联系不很明显。 汽轮机常见故障诊断 l如果结构系统存在和激振力一致的固有频率，发生共振现如果结构系统存在和激振力一致的固有频率，发生共振现 象，这就是结构共振。象，这就是结构共振。 l汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式：汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式： 转子

46、转子支撑结构系统；支撑结构系统； 转子转子支撑支撑缸体结构系统；缸体结构系统； 转子转子支撑支撑台板结构系统。台板结构系统。 上述三种结构形式中，如果支撑、缸体或台板存在与转子上述三种结构形式中，如果支撑、缸体或台板存在与转子 激振力一致的自振频率，在一定条件下会发生共振。造成激振力一致的自振频率，在一定条件下会发生共振。造成 共振的激振力大多数来自于转子的不平衡力，因此。共振共振的激振力大多数来自于转子的不平衡力，因此。共振 频率与转速同频。频率与转速同频。 汽轮机常见故障诊断 结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输 出。共振时的响应取决于结构系统的频响

47、特出。共振时的响应取决于结构系统的频响特 性，激振力的大小不起关键作用。性，激振力的大小不起关键作用。 机组结构设计时应使与转子关联的结构自振机组结构设计时应使与转子关联的结构自振 频率避开频率避开50Hz和其他一些特殊频率点、频率和其他一些特殊频率点、频率 区，如发电机、励磁机结构应避开区，如发电机、励磁机结构应避开100Hz，汽，汽 轮机结构应避开轮机结构应避开25Hz、100Hz等。等。 汽轮机常见故障诊断 v转子在同步的不平衡力作用下过临界转速时所表现出来的转子在同步的不平衡力作用下过临界转速时所表现出来的 轴振动峰，实际上是转子自身结构的共振响应，如果此时轴振动峰，实际上是转子自身结

48、构的共振响应，如果此时 瓦振出现过高的振动峰，甚至瓦振大于轴振，则可以判断瓦振出现过高的振动峰，甚至瓦振大于轴振，则可以判断 轴承支撑结构系统在这个转速下发生了共振。因为通常情轴承支撑结构系统在这个转速下发生了共振。因为通常情 况下，瓦振完全是由于转子作用在其上的力产生的强迫振况下，瓦振完全是由于转子作用在其上的力产生的强迫振 动，瓦振应该明显地小于轴振。动，瓦振应该明显地小于轴振。 汽轮机常见故障诊断 l对早期从苏联引进的对早期从苏联引进的200MW机组查证表明，发电机转子上均没有铣机组查证表明，发电机转子上均没有铣 出用于减小转子本体刚度不对称的横向槽，先天的设计制造缺陷使出用于减小转子本

49、体刚度不对称的横向槽，先天的设计制造缺陷使 得这一类型发电机转子成为两倍频的激振源。得这一类型发电机转子成为两倍频的激振源。 l在国内多台同型号机组的发电机两轴承和相邻轴承上发现有较大的在国内多台同型号机组的发电机两轴承和相邻轴承上发现有较大的 两倍频的分量。测试和分析结果表明，在与发电机相邻的汽轮机低两倍频的分量。测试和分析结果表明，在与发电机相邻的汽轮机低 压缸后部所出现的两倍频，即压缸后部所出现的两倍频，即100Hz的振动分量，与低压缸的结构共的振动分量，与低压缸的结构共 振有直接的关系。振有直接的关系。 l根据有关资料，西屋公司根据有关资料，西屋公司1994年在波兰年在波兰RYBNIK

50、4号机组改造时同样号机组改造时同样 发现过高的两倍频振动，那台机组结构和我国的苏联机组类似。可发现过高的两倍频振动，那台机组结构和我国的苏联机组类似。可 见，这种在低压缸部位存在着的见，这种在低压缸部位存在着的100Hz的结构共振问题是这种类型机的结构共振问题是这种类型机 组所固有的结构设计缺陷。组所固有的结构设计缺陷。 汽轮机常见故障诊断 l根据振幅根据振幅转速曲线中非临界转速的共振转速曲线中非临界转速的共振 峰分析是否存在结构共振造成的共振点。峰分析是否存在结构共振造成的共振点。 l进行结构频响函数的测试。进行结构频响函数的测试。 这种测试一般采用锤击法。锤击法使用装有力传这种测试一般采用

51、锤击法。锤击法使用装有力传 感器的激振锤敲击构件，用数据记录仪采集响应感器的激振锤敲击构件，用数据记录仪采集响应 信号并用频谱分析仪作频谱分析，确定结构的固信号并用频谱分析仪作频谱分析，确定结构的固 有频率和有关的响应特性。这是模态试验中的规有频率和有关的响应特性。这是模态试验中的规 范方法。范方法。 汽轮机常见故障诊断 l结构刚度不足是指机组支撑结构刚度过低。这里所说的结构刚度不足是指机组支撑结构刚度过低。这里所说的“刚度刚度”，是，是 广义的，泛指转子支撑广义的，泛指转子支撑-缸体缸体-基础整个系统的刚度。基础整个系统的刚度。 l刚度不足多发生在低压转子。原因是：刚度不足多发生在低压转子。

52、原因是： 设计阶段缺乏足够的刚度校核。一方面，这种计算有一定的难度，因为结设计阶段缺乏足够的刚度校核。一方面，这种计算有一定的难度，因为结 构过于复杂，计算中所要用到的一些系数目前尚缺少，如结合面刚度等；构过于复杂，计算中所要用到的一些系数目前尚缺少，如结合面刚度等； 另一方面，设计阶段没能进行充分的试验。和结构共振一样，设计存在一另一方面，设计阶段没能进行充分的试验。和结构共振一样，设计存在一 定的盲目性，最终导致结构动态特性出现问题。定的盲目性，最终导致结构动态特性出现问题。 l大机组发电机转子轴承多是端盖轴承，除了可能出现端盖的结构共振大机组发电机转子轴承多是端盖轴承，除了可能出现端盖的

53、结构共振 外，刚度设计不足也是可能发生的。外，刚度设计不足也是可能发生的。 l汽轮机高压转子支承轴承通常位于前箱和中箱，箱式结构一般不会出汽轮机高压转子支承轴承通常位于前箱和中箱，箱式结构一般不会出 现刚度偏低的问题。现刚度偏低的问题。 l刚度不足不会成为机组振动的直接原因。在不平衡量很小的情况下，刚度不足不会成为机组振动的直接原因。在不平衡量很小的情况下， 只要没有发生动静碰摩，即使支承刚度过低也不会出现振动问题。只要没有发生动静碰摩，即使支承刚度过低也不会出现振动问题。 汽轮机常见故障诊断 l结构共振和结构刚度低在现场将表现为不同的形式：结构共振和结构刚度低在现场将表现为不同的形式： 共振

54、表现：在整个转速范围内的某一点或几点瓦振绝对值增大，共振表现：在整个转速范围内的某一点或几点瓦振绝对值增大， 轴振与瓦振之比减小；轴振与瓦振之比减小； 刚度低的表现：刚度低的表现： l振动在整个可变化的转速范围内偏大。但一般偏大的量不明显，且振动在整个可变化的转速范围内偏大。但一般偏大的量不明显，且 往往无从比较，实际中较难认定。往往无从比较，实际中较难认定。 l可能使瓦振接近或大于轴振。而且它应该是同一类型机组的通病。可能使瓦振接近或大于轴振。而且它应该是同一类型机组的通病。 l真空、排汽缸温度、支承系统热状态等参数变化时，轴承座绝对标真空、排汽缸温度、支承系统热状态等参数变化时，轴承座绝对

55、标 高或转轴相对轴瓦垂直位置会发生变化。高或转轴相对轴瓦垂直位置会发生变化。 在无精确测量轴承座绝对标高手段的条件下，要想准确地对刚度低做出在无精确测量轴承座绝对标高手段的条件下，要想准确地对刚度低做出 判断是不易的。判断是不易的。 汽轮机常见故障诊断 l联轴器不对中是汽轮发电机组振动常见故障。联轴器不对中是指相邻联轴器不对中是汽轮发电机组振动常见故障。联轴器不对中是指相邻 两根转轴轴线不在同一直线上；或不是一条连续的光滑曲线，在联轴两根转轴轴线不在同一直线上；或不是一条连续的光滑曲线，在联轴 器部位存在拐点或阶跃点。器部位存在拐点或阶跃点。 l联轴器有三种不对中：联轴器有三种不对中： 平行不

56、对中平行不对中 角度不对中角度不对中 综合不对中综合不对中 l它们会给机组带来下列后果：它们会给机组带来下列后果： 转子连接处将产生两倍频作用的弯矩和剪切力；转子连接处将产生两倍频作用的弯矩和剪切力； 相邻轴承将承受工频径向作用力。相邻轴承将承受工频径向作用力。 l两种力的作用都将使转轴的轴承受力情况恶化，对结构和安全产生不两种力的作用都将使转轴的轴承受力情况恶化，对结构和安全产生不 利影响。利影响。 汽轮机常见故障诊断 l设计阶段设计阶段 根据选用的轴承、转子的质量、轴承标高的热变化量等确定根据选用的轴承、转子的质量、轴承标高的热变化量等确定 各轴承的负荷分配，再计算确定各个轴颈中心在轴承中

57、的偏各轴承的负荷分配，再计算确定各个轴颈中心在轴承中的偏 位角和偏心率，即轴颈静态位置。然后根据转子的重力挠曲位角和偏心率，即轴颈静态位置。然后根据转子的重力挠曲 线确定各轴承的扬度，供安装时使用。线确定各轴承的扬度，供安装时使用。 l机组安装与检修时机组安装与检修时 依照设计单位提供的各轴承的扬度值，对各轴承座和缸体进依照设计单位提供的各轴承的扬度值，对各轴承座和缸体进 行找正找平。如果轴承的标高高于规定值，这个轴承的负荷行找正找平。如果轴承的标高高于规定值，这个轴承的负荷 要比原定值高，如果轴承的标高低于规定值，负荷则要比预要比原定值高，如果轴承的标高低于规定值，负荷则要比预 定值低，这两

58、种不对中都是不希望出现的。定值低，这两种不对中都是不希望出现的。 汽轮机常见故障诊断 l汽轮发电机组转子出现裂纹的故障不多见，但仍偶有发生。这汽轮发电机组转子出现裂纹的故障不多见，但仍偶有发生。这 种故障一旦开始出现，对设备的威胁十分大。种故障一旦开始出现，对设备的威胁十分大。 l近些年来，国外已经发生了近些年来，国外已经发生了30多台大型汽轮发电机转轴裂纹事多台大型汽轮发电机转轴裂纹事 故，其中有些是灾难性的。故，其中有些是灾难性的。 l转子裂纹产生的原因多是疲劳损伤。转子裂纹产生的原因多是疲劳损伤。 运行时间长的老机组，由于应力腐蚀，会在转子原本存在诱发点运行时间长的老机组，由于应力腐蚀，

59、会在转子原本存在诱发点 的位置产生微裂纹，其后随着环境因素的持续作用，微裂纹逐渐的位置产生微裂纹，其后随着环境因素的持续作用，微裂纹逐渐 扩展，发展为宏裂纹。扩展，发展为宏裂纹。 原始的诱发点通常出现在应力高且材料有缺陷的地方，如轴上应原始的诱发点通常出现在应力高且材料有缺陷的地方，如轴上应 力集中点、加工时留下的刀痕、划伤处、材质存在微小缺陷的部力集中点、加工时留下的刀痕、划伤处、材质存在微小缺陷的部 位等。位等。 l随着机组使用寿命的延长和很多机组被用做调峰，转轴疲劳损随着机组使用寿命的延长和很多机组被用做调峰，转轴疲劳损 伤急剧，裂纹出现的可能性在增加。伤急剧，裂纹出现的可能性在增加。

60、汽轮机常见故障诊断 横向裂纹是 最常见的形 式，多发生 在转轴紧配 合的套装部 件的根部， 或轴颈发生 突变的台肩 根部。 汽轮机常见故障诊断 l裂纹实际上造成了转轴径向刚度不对称，这样它应该具有刚度裂纹实际上造成了转轴径向刚度不对称，这样它应该具有刚度 不对称转轴的特点。升降速过程在任一临界转速一半时，出现不对称转轴的特点。升降速过程在任一临界转速一半时，出现 两倍频共振峰，两倍频相位发生突变。这个两倍频振动使得转两倍频共振峰，两倍频相位发生突变。这个两倍频振动使得转 子不再做弓形回转，转子因此要承受交变应力，反向应力加大，子不再做弓形回转，转子因此要承受交变应力，反向应力加大， 转子在低周