汽轮机的异常振动故障分析与排除

1、汽轮 机 的 异 常 振 动 故 障 分析与 排 除 The analysis and exclusion of the Turbine abnormal vibrationfault/XinWang/YongZhang【 摘 要 】 本文 针 对 汽轮 机 异 常 振 动 故 障 的 原因 与 排除 进 行 了 分析 与 论 述 。【 关键词 】 汽轮 机 异 常 振 动 分析 排除 Abstract :The paper mainly discusses the analysis and exclusion of the Turbine abnormal vibration fault.汽

2、 轮 机 组 担负 着 火 力 发 电 企 业发 电任 务 的重 点 。 由 于 其 运 行时间长 、 关 键 部 位 长 期 磨 损 等 原 因 , 汽 轮 机 组 故 障 时 常 出现 , 严 重 影响 发 电 机 组的 正 常运 行。 汽 轮 机 组 异 常 振 动 是 汽 轮 机 常 见 故 障 中 较 为 复 杂 的 一 种 故 障 。 由 于 机 组 的 振 动 往往 受 多 方面的 影响 , 只 要 跟 机 本体有 关 的 任何 一 个 设 备 或 介 质 都会 是 机 组 振 动 的 原 因 , 比 如 进 汽 参 数 、 疏 水、 油 温 、 油 质 、 等等 。 汽 轮 发

3、 电 机 组 振 动 异 常 是 运 行中最 常 见 的 故 障 之 一 , 其 产 生 的 原 因 是 多 方面的, 也是 十 分 、 复 杂 的, 它 与 制 造 、 安 装 、 检 修 和 运 行 水 平 有 直接 关 系。 超 过 允许 范 围 的 振 动 往往 是 设 备 损 坏 的 信 号 。 振 动 过 大 将 使 汽 轮 机 转 动 部 件 如 叶 片 、 叶 轮 等 的 应 力 超 过 允许 值 而 损 坏 ; 振 动 严 重时, 可 能 导 致 危 急 保 安 器误 动作 而 发 生 停 机 事 故 以 及 导 致 轴 承 座 松动 、 基 础甚 至 厂 房 建 筑 物 的

4、 共 振 损 坏 等 。 因 此 , 必须使 机 组的 振 动 水平保持 在 规 定 的 允许 范 围 内 。 ? 因 此 , 针 对 汽 轮 机 异 常 震 动 原 因 的分 析 就 显 得 尤 为 重要 , 只 有 查 明 原 因 才能 对 症 维 修 。1. 汽 轮 机 组 常 见 异 常 震 动 的 分 析 与 排 除 引 起 汽 轮 机 组 异 常 振 动 的 主 要 原 因 有 以 下 几 个 方面, 汽 流激 振 、 转 子 热 变 形、 摩 擦 振 动 等 。 针 对 着三 个 主 要方面 以 下 进行了 详细 的 论 述 。1.1汽 流激 振 现 象 与 故 障 排 除汽 流

5、激 振 有 两个 主 要 特 征 :一 是 应 该 出现 较 大 量 值 的 低 频 分 量 ; 二 是 振 动 的增大 受 运 行 参 数 的 影响 明 显 , 如 负 荷 , 且 增大 应 该 呈突 发 性 。 其 原 因 主 要是 由 于 叶 片 受 不 均 衡 的 气 体来 流 冲 击 就会 发 生 汽 流激 振 ; 对于大 型 机 组, 由 于 末 级较 长, 气 体在 叶 片膨胀末 端 产 生 流 道 紊 乱 也可 能 发 生 汽 流激 振 现 象 ; 轴 封 也可 能 发 生 汽 流激 振 现 象 。 针 对 汽 轮 机 组 汽 流激 振 的 特 征 , 其 故 障 分 析 要

6、通 过 长时间 (一 年 以上 记录 每 次 机 组 振 动 的 数 据 , 连 同 机 组 满 负 荷 时的 数 据记录 , 做 出 成组 曲 线 , 观 察 曲 线 的 变 化 趋 势 和范 围 。 通 过 改 变 升 降 负 荷 速 率 ,从 5T/h到 50/h的 给 水量 逐 一 变 化 的 过程 , 观 察 曲 线 变 化 情 况 。 通 过 改 变 汽 轮 机 不同 负 荷 时 高 压 调 速 汽 门 重 调 特 性 , 消 除 气 流激 振 。 简 单 的 说 就 是确 定 机 组 产 生 汽 流激 振 的 工作 状态 , 采 用 减 低 负 荷 变 化 率 和 避 开 产 生

7、 汽 流激 振 的 负 荷 范 围 的 方 式 来 避 免 汽 流激 振 的 产 生 。1.2转 子 热 变 形 导 致 的 机 组 异 常 振 动 特 征 、 原 因 及 排 除转 子 热 变 形 引发的 振 动 特 征 是 一 倍 频 振 幅 的增加与 转 子 温 度 和 蒸 汽 参 数 有 密 切 关 系, 大 都 发 生 在 机 组 冷 态 启 机 定 速 后 带 负 荷 阶 段 , 此 时 转 子 温 度逐 渐 升 高 , 材 质 内 应 力 释 放引 起转 子 热 变 形 , 一 倍 频 振 动 增大, 同时可 能 伴 随相 位变 化 。 由 于引 起 了 转 子 弯 曲 变 形

8、而 导 致 机组 异 常 振 动 。 转 子 永 久 性 弯 曲 和 临 时 性 弯 曲 是两种 不同的 故 障 , 但其 故 障 机理 相 同, 都 与 转子 质 量 偏 心 类 似 , 因而 都会 产 生 与 质 量 偏 心 类似 的 旋 转 矢 量 激 振 力 。 与 质心 偏 离 不同 之 处 在于 轴 弯 曲 会 使 两 端 产 生 锥 形 运动 , 因而 在 轴 向还 会 产 生 较 大的 工 频 振 动 。 另 外, 转 轴 弯 曲 时,由 于 弯 曲 产 生 的 弹 力和 转 子 不 平 衡 所 产 生 的离 心 力 相 位 不同, 两 者之 间 相 互 作 用会 有 所抵消

9、, 转 轴 的 振 幅 在 某 个 转 速 下 会 有 所 减 小 , 即在 某 个 转 速 上 , 转 轴 的 振 幅 会 产 生 一 个 “ 凹谷 ” , 这 点 与不 平 衡 转 子 动 力 特 性 有 所 不同。 当弯 曲 的 作 用 小 于不 衡 量 时, 振 幅 的 减 少 发 生 在临 界 转 速 以 下; 当 弯 曲 作 用 大于不 平 衡 量 时,振 幅 的 减 少 就 发 生 在 临 界 转 速 以上 。 针 对 转 子热 变 形 的 故 障 处 理 就 是 更 换新 的 转 子 以 减 低机 组 异 常 振 动 。 没 有了 振 动 力 的 产 生 机 组也 就不 会 出

10、现 异 常 振 动 。1.3摩 擦 振 动 的 特 征 、 原 因 与 排 除 ?摩 擦 振 动 的 特 征 :一 是 由 于 转 子 热 弯 曲 将产 生 新 的不 平 衡 力 , 因 此 振 动 信 号 的 主 频 仍 为工 频 , 但 是 由 于 受 到冲 击 和一 些 非 线 性 因 数 的影响 , 可 能 会 出现 少 量 分 频 、 倍 频 和高 频 分 量 ,有时 波 形存 在 “ 削 顶 ” 现 象 。 二 是发 生摩 擦 时,振 动 的 幅 值 和 相 位都 具 有 波 动 特 性 , 波 动 持续时间可 能 比 较 长。 摩 擦 严 重时, 幅 值 和 相 位 不再 波 动

11、 , 振 幅 会 急 剧 增大。 三 是 降速 过 临 界 时的 振 动 一 般 较 正 常 升 速 时大, 停 机 后 转 子静 止时, 测 量 大 轴 的 晃 度 比 原 始 值 明 显 增加。 摩 擦振 动 的 机理 :对 汽 轮 机 转 子 来 讲 , 摩 擦 可 以 产生 抖 动 、 涡 动等 现 象 , 但 实 际 有 影响 的 主 要是转 子 热 弯 曲 。 动 静 摩 擦 时 圆 周 上 各 点 的 摩 擦 程度是不同的, 由 于重 摩 擦 侧 温 度 高 于 轻 摩 擦侧 , 导 致 转 子 径 向 截 面 上 温 度不 均 匀 , 局 部加热 造 成 转 子 热 弯 曲 ,

12、 产 生 一 个 新 的不 平 衡 力 作用 到 转 子 上 引 起 振 动 。2. 关 于 汽 轮 机 异 常 振 动 故 障 原因 查 询步骤 的 分 析生 产 中经 常 遇 到 瓦 盖 振 、 轴 振 的 异 常 变化 , 引 起 振 动 异 常 的 原 因 很 多 。 根据 振 动产 生的 集 中 原 因 , 在 查找 振 动 主 要来 源 时要 注意下面 几 个 要 素 :振 动 的 频 率 是 1X , 2X , 1/2X等 。振 动 的 相 位 是 否 有 变 化 及 相 邻 轴 承 相 位 的 关系。 振 动 的 稳定 性 如 何 (指 随 转 速 、 负 荷 、 温 度 、励

13、 磁 电 流 、 时间 、 等 的 变 化 是 否 变 化 。 例 如 汽轮 机 转 子 质 量 不 平 衡 会 有 下 列 现 象 :升 速 时 振动 与 转 速 的 二 次 方成 正 比 , 转 速 高 振 动 大。 特别 过 临 界 时 振 动 比 以 往 大得 多 。 振 动 的 频 率 主要是 1X 。 振 动 的 相 位 一 般 不 变 化 及 相 邻 轴 承相 位 出现 同 相 或 反 相 。 振 动 的 稳定 性 好 (在 振动 没 有引 起 磨 擦 的 情 况 下 , 且 重 复 性 好 。 根据振 动 特 征 与 日 常 检 测 维 修 记录 多 方面分 析 , 找出 故

14、障 原 因 最终 排 除 。另 外对于 一 些 原 本 设 计 上 有 通 病 的 机 组,要 做 好 心 理准 备 并 牢 记 其 故 障 点 , 一 旦 出现 情况 首 先 要 检 查 设 计 缺 陷 部 件 。 例 如 :某 三 缸 两排 气 200MW 汽 轮 机 , 轴 封 系 统 同 300MW, 现 低压 缸 的 两 端 轴 承 震 动常 在 6、 7丝 左右 , 现 发 现如 能 维 持 低压 轴 封 供 汽 温 度在 120-130度时, 振 动 基本 能 降 到 4丝 左右 。加 负 荷 时 振 动要 上 升, 稳定 一 段 时间后要 下 降 , 如 果 低压 轴封 供 汽

15、 温 度在 150度 以上 时, 振 动 也要 上 涨 。 通 过 分 析 我 们 可 以 看 出 振 动 主 要发 生 在 #4轴承 , 其 主 要 原 因 是 #4轴 承 座 在 排 汽 缸 上 , 支 撑刚 性 太 差 , 对 温 度 较 为 敏感 , 使 #4轴 承 的 标 高发 生 变 化 。 东 方 300MW 汽 轮 机 也 存 在同 样 的情 况 , 这 可 能 是 设 计 上 的 一 大 通 病 。 针 对 这一原 因 , 其 故 障 排 除 要加 固 #4轴 承 座 的 支 撑 , 测量 温 度对 #4轴 承 标 高 的 具 体 影响 值 , 以 便 在找 中 心 时 事

16、先 降低 #4轴 承 标 高 。结论汽 轮 机 异 常 振 动 时 汽 轮 机 运 行 过程 中不可 避 免 的 故 障 , 同时也是 较 为 常 见 的 故 障 。在进行 此 类 故 障 排 除 时 , 不 能 急 于 拆 解 机 组 , 首 先要 根据 故 障 特 征 进行 故 障 分 析 , 确 定 故 障 点 后查 看 机 组 维 修 记录 , 确 认 故 障 点 零 部 件 情 况 。 如 故 障 点 零 部 件 为 刚刚 检 修 过 并 更 换 , 因 再 次确 认 故 障 点 , 确 认 为 改 点 后进行 拆 解 。 一 般 来讲 短 期 内 进 过 维护 保 养 的部 件 出

17、现 故 障 的 几率 远远 小 于 维护 时间长的部 件 。 因 此 , 在进行汽 轮 机 异 常 振 动 原 因 分 析 时要 格 外 注意 。 机 组振 动 测 试 结果 是 研究 分 析 机 组 运 行 状况 的重要 技术 依 据 。多 年 来 , 不 少 机 组 因 振 动 大 而 拖 延 了 投产期 和 检 修 期 。对 生 产运 行来 说 , 接 收了 振 动 符合 标 准 的 机 组 以 后 , 还 必须加 强 振 动 监 督 , 对 振动 监 测 做到 制 度 化、 经 常 化 , 必须在 机 组 振 动突 然 增大 达 到 规程规 定 值 时 , 及时 果 断地 将机组 停 运 , 防 止 扩大 损 坏 或对 振 动 虽 然 增大 , 但 尚未 达 到 规程规 定 紧 急 停 机 数 值 的 异 常 现 象 。 值得 注意 的是, 随着 汽 轮 机 功率 的增大, 在 轴 承座 刚 度 相 当 大的 情 况 下 , 转 子 的 较 大 振 动 并不能 在 轴 承 座 上 反 映 出 来。 应 该 直接 测 量 转 子 的振 动数 值 作 为 振 动 标 准 才 是 合 理 的,在 运 行中, 一 旦 发 现 振 动 异 常 , 除 应 加 强 对有 关 参 数的 监 视 、