發表時間： 2024-10-21 09:06:54
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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振動故障診斷：由于汽輪發電機組軸系振動故障與振動特征之間不存在一一對應的簡單關系，所以故障診斷時一定要結合機組結構特點、運行參數以及振動故障發生、發展的整個過程，進行綜合分析判斷——全信息診斷，切不可僅僅依靠一組振動數據下結論——部分信息診斷
1 大不平衡
汽輪機低壓轉子末級、次末級葉片在運行過程中突然斷裂飛脫，屬于大不平衡響應問題。轉子動力學響應為非線性特性，且大幅劇烈振動往往導致動靜碰摩的發生，這是理論計算所不能真實模擬的。只有在線監測系統測量的數據真實地反映大不平衡狀態下軸系的振動響應。
大不平衡—動靜碰摩頻譜
2 熱不平衡
由于轉子材質各項異性、轉子橫截面徑向加熱/冷卻不均勻——發電機轉子匝間短路、汽輪機轉子中心孔進油、發電機氫冷/水冷通道局部堵塞、內摩擦效應——發電機轉子線圈膨脹受阻等原因引起的與轉子溫度以及軸系轉速密切相關的轉子熱態彎曲，其表現為不平衡的振動特征。
3 動靜碰摩
當旋轉部件與靜止部件徑向/軸向間隙消失時，則發生動靜碰摩故障。振動頻譜除基頻分量外，還含有次諧波分量和/或高次諧波分量。應以振動變化量或振幅作為停機值，由于仍然存在碰摩，停機惰走過程振動比升速過程振動大，可破真空縮短惰走時間。連續盤車數小時后，掛閘開機。一般經過幾次摩合，動靜碰摩即消失，振動可處于穩定狀態。
4 汽流激振
由于葉頂徑向間隙不均產生切向分力、端部軸封徑向間隙不均產生壓力渦動、順序閥進汽方式使轉子受到向上的蒸汽力產生輕載，再加上軸瓦穩定裕度不足，而使轉子產生自激振動。該振動敏感于負荷，低頻分量一般為半頻、嚴重時也會與轉子一階臨界轉速相對應。有時單獨改變軸瓦設計并不能消除該故障，應改進汽封結構設計、調整調門開啟順序及開度、調整安裝間隙等才能徹底解決問題。
蒸汽激振出現在機組并網之后、負荷逐漸增加的過程中，主要特點是振動敏感于負荷，且一般發生在較高負荷。突發性振動通常有一個門檻負荷，超過此負荷，立即激發蒸汽激振，而當負荷降低至某一數值時，振動即能恢復，有較好的重復性。蒸氣激振引起的振動有時與調門的開啟順序和調門開度有關，通過調換或關閉有關閥門能夠避免低頻振動的發生或減小低頻振動的幅值。
蒸汽激振產生的自激振動為轉子的正向進動，發生嚴重蒸汽激振產生自激振動的振動頻率通常與轉子第一臨界轉速頻率相吻合，在絕大多數情況下振動成份以接近工作轉速一半的頻率分量為主。此外，由于實際蒸汽力和軸承油膜力的非線性特性，有時會呈現其它一些諧波頻率分量。
5 油膜失穩/振蕩
在一個振動周期內，如果潤滑軸承的阻尼消耗的能量小于油膜力切向分量所做的功，則轉子發生不穩定的渦動，振動頻率約為同步頻率的一半，故常稱為油膜半速渦動。當機器運行轉速在轉子一階臨界轉速二倍以上時，則會產生油膜振蕩現象，此時，無論機器轉速繼續上升至多少，渦動頻率將鎖定轉子一階臨界轉速頻率。
6 結構共振
軸承座、汽缸、發電機端蓋/定子、管道等結構的固有頻率接近機組軸系運行轉速對應的頻率，則運行工況下這些機械結構處于共振狀態，表現為大振幅的劇烈振動。通過傳遞后，可影響機組軸承座振幅。一般情況下，應對該機械結構進行有限元動特性計算、并進行結構動力學修改，使其固有頻率遠離運行轉速對應頻率，即可避免結構共振的發生。
7 不對中
汽輪發電機組軸系不對中分為聯軸器不對中（外圓、端面）、軸承座標高不合理、轉子與定子周向間隙不均。可通過低轉速下相對軸振的晃度、升速過程的軸心位置圖、軸瓦溫度、回油溫度、大負荷工況下高中壓轉子低頻振動、并網前后發電機振動頻譜的變化來進行診斷分析。
8 轉子裂紋
轉子裂紋初期，振幅增長速度相當緩慢，主要為基頻分量。當裂紋快速擴展時，定速工況下振幅會大幅增長，主要表現為基頻分量，同時，2X分量也會增大；臨界轉速下基頻分量大幅增加；副臨界轉速下2X分量大幅增加；低轉速下轉軸晃度持續增大。再者，軸系動平衡結果與計算期望值相去甚遠，多次動平衡的影響系數差別較大。
9 參數激振
兩極汽輪發電機轉子因結構剛度不對稱，在重力作用下每旋轉一周，撓度曲線變化兩次。如果轉子兩軸線截面主慣性矩差異較大，則在1/2臨界轉速（副臨界轉速）時出現2X分量峰值，工作轉速下也存在2X振動分量，且與轉子平衡狀態關系不大。大功率發電機轉子本體上開有一定數量的橫向月牙槽，以使兩軸線截面主慣性矩接近，可降低副臨界轉速以及工作轉速下2X振動分量的幅值，改善機組振動水平。
10 轉子中心孔進油
中心孔進油后，運行中隨著轉子本體溫度的升高，轉子高溫端的油受熱汽化并吸收熱量，中心孔幾何軸線與旋轉軸線不重合，使得油膜在孔壁周向厚度不同，從而熱交換程度也不同，使轉子圓周方向出現溫差；汽化的油在轉子低溫端凝結，釋放出熱量，同樣引起轉子徑向溫差。徑向溫差使轉子存在熱不平衡故障，振動隨轉子溫度升高，惰走過程振動較升速過程振動增大，低轉速下轉子晃度明顯增大。
11 旋轉部件斷裂飛脫
葉頂圍帶、動葉片、聯軸器螺栓護板在機組運行狀態下斷裂飛脫，可引起軸系振動突變。一般整個過程約幾秒鐘，振動分量主要為基頻，在大不平衡狀態下，可能會出現次諧波分量及高次諧波分量。振動變化量及頻譜與飛脫質量大小、軸向位置、機組軸系轉速相關。
12 轉子彎曲
在熱態下突然遭受水擊、嚴重動靜碰摩等因素可導致汽輪機轉子產生永久彎曲。彎曲轉子的振動特征為：低轉速下較大的晃度、過大的一階振型不平衡響應以及工作轉速下的較高振動響應。如果轉子彎曲超過80μm，應進行直軸處理；如果轉子彎曲在80μm之內，可利用移動式平衡臺在電站內對轉子進行平衡即可。
13 軸承座連接剛度不足
基礎—臺板—軸承座之間的連接剛度不足，可導致在轉軸振動不大的情況下，軸承座振動達到報警狀態。可在開機狀態下，進行軸承座外特性試驗，測量各結合面的垂直方向振動，比較各結合面振動幅值，即可發現連接剛度不足的結合面。
14 軸瓦緊力不足
下瓦與軸承洼窩接觸不實、過大的軸承間隙以及軸瓦上瓦瓦蓋緊力不足，這些由于部件之間不合適的配合引起的振動故障的頻譜不僅含有豐富的高次諧波分量，而且含有豐富的次諧波分量。該種故障振動的相位很不穩定，變化范圍很大。
15 堵頭失去約束
汽輪機轉子中心孔兩端各有一個堵頭，防止油氣和水汽進入孔內。如果失去約束，則堵頭可能掉進聯軸器內孔。振動特征為：主要為基頻分量；振動具有相對穩定性及不重復性；現場動平衡失敗以及影響系數與正常情況下測量得到的影響系數差別較大。可進行兩、三次開機試驗，測量軸系振動數據進行分析。
16 二次灌漿不實
二次灌漿不實大多發生在發電機定子安裝過程中，發電機定子機座下面的座板與基礎之間。表現為較大的發電機軸承座以及座板垂直方向振動。需要打掉二次灌漿、清洗結合面、重新進行二次灌漿、按照水泥養護規程進行養護后、再次調整汽輪機—發電機中心，即可消除二次灌漿不實引起的發電機振動故障。
17 振動傳遞
循環水泵管道振動經凝汽器—汽缸—軸承座、發電機氫冷器進出水管振動經氫冷器—發電機定子—端蓋軸承、機組各軸承座振動經臺板—基礎—臺板—軸承座可進行傳遞，所以，振動故障診斷及處理一定要結合軸承座振動數據、相對軸振數據、現場實際情況，具體問題具體分析，才可能找出真正的振源。
18 膨脹不暢
汽缸以及軸承座的膨脹卡澀會改變軸承座和臺板之間的接觸狀態，降低軸承座動剛度，導致座振增大。嚴重時還可導致汽缸變形，誘發動靜碰摩故障。一般可通過堅持運行使卡澀疏通或動平衡降低激振力措施消除該問題。
