振动分析-故障特征诊断

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1、第四部分振动故障特征及诊断对机组振动的个人体会汽轮发电机组振动本身不是故障，其只是机组内在故障的动态外在表现。鉴于关键设备的安全性，对新机调试、在役机组大修后启动以及运行中存在振动故障的机组，应测量机组振动、进行相关试验、诊断故障根本原因、并采取相应的措施将机组振动降低至合格水平。振动诊断技术优点多参性多维性可传递性可实现性应具备的相关学科知识机械振动理论转子动力学传感器原理动态信号采集分析机组结构特点安装检修工艺运行规程故障诊断知识常见振动故障分类质量不平衡、热不平衡、动静碰摩汽流激振、油膜失稳/振荡、结构共振不对中、转子裂纹、参数激振转子中心孔进油、旋转部件断裂飞脱转子弯曲、轴承座连接刚

2、度不足轴瓦紧力不足、堵头松动、拍振二次灌浆不实、振动传递质量不平衡质量不平衡是旋转机械最常见的振动故障，其原因是转子几何中心与质量中心不重合，另外，联轴器中心变化以及转子积垢等因素也会影响转子平衡.轴系平衡类型有一阶、二阶、三阶不平衡以及外伸端不平衡。新机组转子在制造厂平衡台上进行过动平衡，由于支撑条件以及端部约束条件的改变，在调试阶段进行现场动平衡的机组仍占有较大的比例。大不平衡汽轮机低压转子末级、次末级叶片在运行过程中突然断裂飞脱，属于大不平衡响应问题。转子动力学响应为非线性特性，且大幅剧烈振动往往导致动静碰摩的发生，这是理论计算所不能真实模拟的。只有在线监测系统测量的数据真实地反映大不

3、平衡状态下轴系的振动响应。大不平衡—动静碰摩波形大不平衡—动静碰摩频谱热不平衡由于转子材质各项异性、转子加热/冷却不均（发电机转子匝间短路、汽轮机转子中心孔进油、发电机氢冷/水冷通道局部堵塞）、内摩擦效应（发电机转子线圈膨胀受阻）等原因引起的与转子温度相关的转子热态弯曲。动静碰摩当旋转部件与静止部件径向/轴向间隙消失时，则发生动静碰摩故障。振动频谱除基频分量外，还含有次谐波分量和/或高次谐波分量。应以振动变化量或振幅作为停机值，由于仍然存在碰摩，停机惰走过程振动比升速过程振动大，可破真空缩短惰走时间。连续盘车数小时后，挂闸开机。一般经过几次摩合，动静碰摩即消失，振动可处于稳定状态。汽流激振由

4、于叶顶径向间隙不均产生切向分力、端部轴封径向间隙不均产生压力涡动、顺序阀进汽方式使转子受到向上的蒸汽力产生轻载，再加上轴瓦稳定裕度不足，而使转子产生自激振动。该振动敏感于负荷，低频分量一般为半频、严重时也会与转子一阶临界转速相对应。有时单独改变轴瓦设计并不能消除该故障，应改进汽封结构设计、调整调门开启顺序及开度、调整安装间隙等才能彻底解决问题。汽流激振的振动特征蒸汽激振出现在机组并网之后、负荷逐渐增加的过程中，主要特点是振动敏感于负荷，且一般发生在较高负荷。突发性振动通常有一个门槛负荷，超过此负荷，立即激发蒸汽激振，而当负荷降低至某一数值时，振动即能恢复，有较好的重复性。蒸气激振引起的振动有

5、时与调门的开启顺序和调门开度有关，通过调换或关闭有关阀门能够避免低频振动的发生或减小低频振动的幅值。蒸汽激振产生的自激振动为转子的正向进动，发生严重蒸汽激振产生自激振动的振动频率通常与转子第一临界转速频率相吻合，在绝大多数情况下振动成份以接近工作转速一半的频率分量为主。此外，由于实际蒸汽力和轴承油膜力的非线性特性，有时会呈现其它一些谐波频率分量。华能南京1号机组蒸汽激振波形频谱图华能南京1号机组蒸汽激振趋势图外高桥4号机组蒸汽激振波形频谱图岭澳1号机组蒸汽激振波形频谱图岭澳1号机组蒸汽激振三维频谱图油膜失稳/振荡在一个振动周期内，如果润滑轴承的阻尼消耗的能量小于油膜力切向分量所做的功，则转子

6、发生不稳定的涡动，振动频率约为同步频率的一半，故常称为油膜半速涡动。当机器运行转速在转子一阶临界转速二倍以上时，则会产生油膜振荡现象，此时，无论机器转速继续上升至多少，涡动频率将锁定转子一阶临界转速频率。一台压缩机升速失稳三维频谱图油膜振荡频谱图结构共振轴承座、汽缸、发电机端盖/定子、管道等结构的固有频率接近机组轴系运行转速对应的频率，则运行工况下这些机械结构处于共振状态，表现为大振幅的剧烈振动。通过传递后，可影响机组轴承座振幅。一般情况下，应对该机械结构进行有限元动特性计算、并进行结构动力学修改，使其固有频率远离运行转速对应频率，即可避免结构共振的发生。结构共振——２Ｘ不对中汽轮发电机组轴

7、系不对中分为联轴器不对中（外圆、端面）、轴承座标高不合理、转子与定子周向间隙不均。可通过低转速下相对轴振的晃度、升速过程的轴心位置图、轴瓦温度、回油温度、大负荷工况下高中压转子低频振动、并网前后发电机振动频谱的变化来进行诊断分析。联轴器不对中基本分类转子裂纹转子裂纹初期，振幅增长速度相当缓慢，主要为基频分量。当裂纹快速扩展时，定速工况下振幅会大幅增长，主要表现为基频分量，同时，2X分量也会增大；临界转速下基频