汽轮发电机组振动监测

2023/2/5汽轮发电机组振动监测目录汽轮机组的结构与特点1GME系统2汽机振动监测要点3现场测量及故障分析4Q&A5一.汽轮机组的结构与特点一.汽轮机组的结构与特点半速机与全速机汽机正常运行功率转速与电网频率一致，称为全速机汽机正常运行功率转速是电网频率的一半，称为半速机电网频率？Hz全速机？rpm半速机？rpm一.汽轮机组的结构与特点半速机的特点：实现长叶片设计：圆周速度小，应力小，叶片可靠性高；叶型效率高：顶部间隙相对叶片长度较小；排汽面积增加，余速损失降低；体积大、重量大、转动惯量大，对激振力不敏感；制造工艺要求高，转子多采用拼接方式；热惯性大，运行灵活性差。核电汽轮机的特点：受限于反应堆热工参数，新蒸汽参数（温度、压力）低，焓降小，流量大；工作在湿蒸汽区。一.汽轮机组的结构与特点ThinkTime为什么我们要使用半速机？提示：往机组功率方面考虑一.汽轮机组的结构与特点全速机和半速机的运用全速机：大亚湾、岭澳一期半速机：岭澳二期、红沿河、宁德、台山一.汽轮机组的结构与特点汽轮发电机组总体布置红沿河汽机组成：高中压缸HIP、低压缸LP×3、发电机，刷励机从前（HIP端）至后（励磁端）共6个轴承座，1个推力轴承，10个支撑轴承（1~10号）。一.汽轮机组的结构与特点大亚湾及岭澳一期：一.汽轮机组的结构与特点岭澳二期重！一.汽轮机组的结构与特点3.“弹性基础”

红沿河发电机组汽机厂房16.20m基础平台底部全部由弹簧组支撑，承担基础平台传递的全部负荷。弹簧隔振器的作用：隔离来自于上部的汽机运行产生的振动，使得下部基础免遭振动带来的损坏；使得地面地震加速度传给汽机轴承的响应加速度的放大倍数大大减少，保护汽机轴系；降低汽机基础的固有频率（常规汽机基础的固有频率约18.6Hz，弹性基础约3.0Hz），以达到远离半速机25Hz运行频率的目的。一.汽轮机组的结构与特点一.汽轮机组的结构与特点支撑轴承轴承工作原理：一.汽轮机组的结构与特点岭澳一期：圆筒瓦轴承一.汽轮机组的结构与特点岭澳二期：三油楔可倾瓦特点：具有可调心功能、结构复杂，稳定性高，成本高，工艺要求高，适用于支承重型转子。一.汽轮机组的结构与特点为什么要采用弹簧隔振器？思考：岭澳一期汽轮机转子的转向是顺时针，使用的是“圆筒瓦”轴承，机组运行时，转子的中心相对静止状态向左上方向偏移。岭澳二期汽轮机转子的转向是逆时针，使用“三油楔可倾瓦”轴承，机组运行时，转子的中心相对静止状态也是向左上方偏移。Why？ThinkTime二.GME系统二.GME系统汽机监测系统，即GME系统反映的数据时判断汽轮机状况的主要依据。通过GME系统，可以得到：高压缸缸壁温度高、低压转子偏心高压缸绝对膨胀高压转子差胀低压转子差胀轴承振动及轴振动推力轴承磨损二.GME系统轴振测点名称振动限值报警值停机值GME001/002MV1号轴承垂直/水平轴振90μm130μmGME006/007MV2号轴承垂直/水平轴振GME101/102MV3号轴承垂直/水平轴振GME106/107MV4号轴承垂直/水平轴振GME201/202MV5号轴承垂直/水平轴振GME206/207MV6号轴承垂直/水平轴振GME301/302MV7号轴承垂直/水平轴振GME306/307MV8号轴承垂直/水平轴振GME401/402MV9号轴承垂直/水平轴振GME406/407MV10号轴承垂直/水平轴振轴振探头安装在相应轴承的内侧，使用电涡流传感器实现非接触式振动测量，每个轴承安装两个轴振探头，安装在垂直和水平方向。二.GME系统2.轴承振动测点名称振动限值报警值停机值GME003/004MV1号轴承水平/垂直瓦振暂无GME008/009MV2号轴承水平/垂直瓦振GME103/104MV3号轴承水平/垂直瓦振GME108/109MV4号轴承水平/垂直瓦振GME203/204MV5号轴承水平/垂直瓦振GME208/209MV6号轴承水平/垂直瓦振GME303/304MV7号轴承水平/垂直瓦振GME308/309MV8号轴承水平/垂直瓦振GME403/404MV9号轴承水平/垂直瓦振GME408/409MV10号轴承水平/垂直瓦振轴承振动探头安装在相应轴承上方的轴承座上盖，测量由于轴承振动引起的轴承座测量点处的水平和垂直方向的振动，大亚湾及岭澳一期使用速度传感器，岭澳二期使用加速度传感器。二.GME系统岭澳二期传感器安装位置比较大亚湾岭澳一期二.GME系统ThinkTime大亚湾轴振传感器布置在左右两侧45°的原因，以及岭澳二期变更的原因。提示：与轴承的结构及工作原理有关二.GME系统二.GME系统TDM系统简介

TDM系统是岭澳二期使用的一套汽机在线振动监测与故障诊断软件。

TDM系统的功能包括：在线监测显示功能；历史数据分析功能；报表输出功能；专家系统功能。

TDM系统中可以输出趋势图、波德图、极坐标图、频谱图、瀑布图、轴心轨迹图等，有较为全面的振动信息，并在专家系统中提供了振动故障诊断及动平衡计算的功能。三.汽机振动监测要点三.汽机振动监测要点振动故障的诊断和现场平衡都是以测量数据为依据的，因此振动测量是处理振动问题的基础。汽轮发电机组振动测量的要求：汽轮发电机组的振动90%属于强迫振动，它的频率为基频（1X），所以基频振动在测量中占有主要地位；专业测量的振动表必须有频谱分析功能；必须有测量相位的功能；测量工作量大，还受到现场复杂环境和时间的制约，因此必须有周密的计划。一般测量与重点测量相结合！三.汽机振动监测要点测量参数振动相关参数：振幅频率相位相关参数：转速时间有功负荷发电机转子电流其他三.汽机振动监测要点冲转过程的测量冲转指的是汽轮机转速由0rpm提升至工作转速的过程，在此过程中我们主要关注的是低速时轴的振动值、过临界时的振动情况，以及防止不当的操作引起的过高振动。低转速（小于400/500rpm）偏移：因机械的、电磁的、材料的因素引起的非振动偏差。晃度：转子存在弯曲，振动显示以1X为主。三.汽机振动监测要点临界转速临界转速是转子-支撑系统产生共振的转速。特点：1X振幅最大，相位变化最快每一根转子都有其临界转速一些发电机转子存在“副临界转速”，与平衡无关临界转速一阶二阶三阶四阶五阶设计临界890964105510971804对应转子GEN一阶HIP一阶LP1一阶LP2一阶GEN二阶实测临界967975/9851065/11001145/1175岭澳二期汽机临界转速实测三.汽机振动监测要点定速后的测量此时机组维持空转，不并网，发电机不投励磁，重点考察：轴系平衡情况如果基频振动大，且振幅和相位基本稳定，很有可能存在不平衡。其他故障其他故障在定速后也可以反映，如油膜振荡、动静摩擦，转子的热弯曲和缸体的膨胀问题，这些故障的共同特点是使振动不稳定。对于定速后振动不稳定的现象，一般还需要在带负荷后进一步观察。三.汽机振动监测要点升负荷过程机组并网后负荷提升的过程。此过程中出现的振动问题往往与机组的热状态有关，如转子热弯曲、汽缸的热膨胀等；还有一类与负荷的大小有关，如联轴器传递扭矩不均匀、气流激振等。此阶段的振动测量要特别注意与振动与相关参数的关系，如转子温度、励磁电流等。停机过程的测量停机过程的测量重点与冲转过程类似，将大修前后汽机停机、启动过程中汽机的振动状态进行比较，还有助于分析维修活动对机组振动水平的影响。三.汽机振动监测要点振动图波德图ThinkTimebegins...三.汽机振动监测要点趋势图三.汽机振动监测要点极坐标图三.汽机振动监测要点频谱图三.汽机振动监测要点瀑布图三.汽机振动监测要点轴心轨迹图Time'sup四.现场振动测量及故障分析四.现场振动测量及故障分析1.日常监测日常振动监测的工作包括每周振动巡检、每两月GME系统汽机振动测量以及汽机振动状况出现变化时的分析评价。每周振动巡检时，性能试验人员在主控室KIT（或KIC、TDM）系统上查看汽轮发电机组振动信息，并打印收集。每两个月，性能试验人员取得PI票，携带Datapac2500数采器，在电气厂房L607（1号机）及L647（2号机）房间GME001AR主汽轮机监测柜上，取振动信号。日常监测完成测量后，参考振动标准，分析试验结果；必要时，结合运行工况，通过对负荷、励磁电流及频谱等进行综合分析，寻找振动原因。

在实际工作中，汽机振动监测的内容主要是日常振动监测及启停机期间振动监测。四.现场振动测量及故障分析2.机组启停振动监测本试验涉及的机组状态包括：汽轮发电机组大修前或其他情况的打闸停机过程；汽轮发电机组大修后或其他情况的冲转升速过程；汽轮发电机组升、降功率过程；汽轮发电机组某一稳定功率平台。现场测量分为两部分：15.4m电器厂房处的数据采集以及16.0m汽机平台上的振动测量。四.现场振动测量及故障分析四.现场振动测量及故障分析四.现场振动测量及故障分析提醒：机组启停期间振动监测工作时间持续时间长，内容枯燥；现场环境复杂，噪声大、温度高，设备敏感性高。需注意人身及设备的安全。四.现场振动测量及故障分析3.简单故障分析故障诊断是依据振动特诊及相关信息确定振动的原因。振动按其产生的原因可以分为自由振动、强迫振动和自激振动三类。由于阻尼的存在，自由振动会很快衰减，在研究转子的弯曲振动时一般不考虑自由振动问题，因此本部分讨论的故障总体上只有强迫振动和自激振动两类。统计结果显示：在机组总的振动故障中，普通强迫振动占60%以上，非定常强迫振动约占30%，自激振动不到10%。分类故障频率趋势特征相关特征普通强迫振动质量不平衡1X振动是稳定的刚度降低1X结合面差别振动大多发生在落地轴承共振1X转速接近3000r/min时轴承座振动急剧上升不对中1X晃度大非定常强迫振动转子热弯曲1X振动与转子温度有关发电机热弯曲1X振动与励磁电流有关中心孔进油1X振动随转子温度增大转子两端有足够温差，低温端为常温动静摩擦1X振动波动，有时会发散与负荷无关。多出现在检修后转子活动部件1X历次启动振幅和相位再现性差多发生在有内腔的联轴器裂纹转子1X振幅和晃度经常增大，需要经常平衡联轴器螺栓松动1X晃度变化振动与负荷相关松动多发生在电气扰动或大负荷膨胀不畅1X定速后轴承座振动逐渐上升发生在长期停运后。膨胀或胀差不正常自激振动油膜振荡1/2X或ω1突变与负荷关系不大气流激振1/2X突变高负荷出现，发生在高压转子其他高次谐波高频突变多为轴承缺陷分谐波分频突变多为轴承缺陷电磁振动2X随电流或电压突变发生在发电机截面不对称2X1/2临界转速共振发生在发电机五.Q&AQuestionTime1.什么是半速机，什么是全速机？2.红沿河汽轮机组有哪几个主要部分组成？画出其简单的基本组成结构示意图。3.弹簧隔振器的作用是什么？安装位置？4.大亚湾核电机组大轴的支撑轴承是什么类型？如何布置

?岭澳二期？5.轴承的工作原理是什么？6.红沿河GME系统布置有几个轴振传感器？几个轴承振动传感器？画出其安装位置。7.汽机振动分析所需监测的主要参数有哪些？8.启停过程振动监测的要点。9.什么是波德图？从一副机组升转速过程的波德图中可以了解什么信息？10.列举7种常见的汽机振动故障。补充：汽机故障分析转子HIPLP1LP2LP3GENEXC一阶1690～17101690～17101690～1710780～8001020～1100二阶2290～2310ThinkTime大亚湾及岭澳汽机临界转速这张图说明机组出现了什么故障？故障出现在哪个部位？治理前治理后D106大修后初带负荷的阶段，10、11号轴振一直呈上升趋势，19：00之后已经到达报警值。20：00左右超过200um。当时发现氢温报警（超过70°）。开启冷却阀门氢温降低到40°，10、11号轴振也下降到65um和104um。机组存在什么问题？表12、晃度轴承3456786月7日启动6∠1353∠3376∠2236∠2777∠2875∠516月8日停机20∠17810∠17964∠35832∠18211∠29111∠10暖机后再启动12∠1072∠1223∠3475∠3227∠2548∠67L101大修升负荷的过程中，2003年6月7日8：30左右6号振动开始上升，9：20达到最大值188μm，此后开始缓慢回落，13：00恢复正常。在此过程中1~12轴承的振动全面上升。6月8日在负荷稳定在200MW的运行过程中，6：00之后6号振动开始上升，7：30达到跳机值250μm，打闸停机。启、停机过程测量到的晃度值（500r/min测量）如表12所示。可以