汽轮机振动

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1X 1X 1X
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1X、2X 1X 、2X等 1X、整分数、倍频 0.35~0.5X fcril
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汽流激振
结构共振 结构刚度不足 转子裂纹
fcril
1X、分数、倍频 1X 1X、2X
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 负荷即消失
存在明显的共振蜂，与转速有关 与转速有关，瓦振轴报接近 降速过1/2临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大
原始不平衡是主要原因。
原始不平衡

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 部件造成的。

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“稳定”，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 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20％， 相位在10°~20°范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。
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汽轮发电机组振动故障特征汇总表(续)
序号 14 故障名称 转子中心孔进油 频谱特征 1X、0.8X～0.9X 其 它 特 征 与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大
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转轴截面刚度不对称
轴承座刚度不对称 轴承磨损 轴承座松动 瓦差松动，紧力不足 瓦体球面接触不良 叶轮松动
– 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，以致使主轴产 生永久性弯曲。

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
– 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150~200℃时，就会造

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
过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。
平衡质量块飞脱的一个案例

某电厂的200MW机组大修后启机，3、4号轴承振动大进 行动平衡，接长轴联轴器加重1600g，用两个M14的螺钉 固定，升速到2600rpm时，3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。2600rpm平衡块 飞前，3号轴振为 179mm∠14°，瓦振为 41mm∠69°，
碰摩的后果：

轻的：
– 汽封磨损→汽封漏汽量增大→降低汽轮机效率

重的：
– 叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏
碰摩通常发生的部位：

隔板汽封 叶片围带汽封 轴端汽封 各轴承的油挡部位 发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处
转子永久性弯曲

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，当外力和热应 力消除后，变形不能消失，称为：塑性弯 曲，也称永久性弯曲

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 的经济损失
转子永久性弯曲产生的原因：

动静摩擦→转子径向局部过热膨胀→弯曲
成主轴永久性弯曲。

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 的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。 另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲

防止主轴弯曲的措施：

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。 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。
转子的弯曲
转子热弯曲

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。
– 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。

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。

碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。
– 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 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。
机组碰摩原因(1)

机组动静碰摩通常有下列起因：
– 转轴振动过大。
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 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。
汽轮发电机组振动故障特征汇总表
序号 1 故障名称 原始质量不平衡 转子原始弯曲 转子热弯曲 转动部件（叶片、平 衡块）飞脱 转轴不对中 联轮器松动 动静碰摩 油膜涡动 油膜振荡 频谱特征 1X 其 它 特 征 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 低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小 振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复 振动突增，相位突变到定值，伴随声响 高的2X或3X振幅，1/2临界转速有2X共振峰，“8”字形轨迹 与负荷有关 内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加 低频的出现与转速有关 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

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。
转动部件飞脱和松动

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；
– 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。 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。
Mass centerline Shaft centerline Static imbalance Mass centerline Shaft centerline Coupled imbalance
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质量不平衡的一般特征


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。 工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括：
– 各次启机； – 升降速过程； – 不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电 流等。

工频振动的相位同时也是稳定的。 第二个主要依据是这种状况的重复性。
转子质量不平衡的分类特征

汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的 原因有三个：
– 原始不平衡； – 转动过程中的部件飞脱、松动;
– 转子的热弯曲。

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， 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， 整个转子偏斜。

非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。
机组碰摩原因(2)

动静间隙不足
– 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 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:
– 原始振动：A0 = 97 mm∠277° – 在接长轴试加重：Pt = 781g∠135° – 再次启机3000rpm，测：A1 = 140 mm∠269°

– 计算影响系数
a = (A1-A0)/Pt = (140 mm∠269°- 97 mm∠277°)/ 781g∠135° = 0.0589(mm/g) ∠116.9° – 计算最终加重量： P = 1646.9g∠340° – 加重后的结果： A = 17 mm∠121°
2X
2X 1X、次同步 1X 1X、分频、1/2X 1X和其他 1X
1/2临界转速有2X振动峰
垂直、水平振动差别大 1X、1/2X、1.5X高 与基础振动差别大 可能出现和差振动或拍振 振幅不稳定 相位不稳定，但恢复性好
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轴承供油不足
匝间短路 冷却通道堵塞 磁力不对中 密封瓦碰摩


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 水。
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0.04mm时，必须打闸停 机，不得盲目升速或降速暖机。


起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数， 在冲转条件不具备情况下，严禁起动。
大型汽轮机运行特性
本课程的主要内容
汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理
汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题
汽轮机几种典型运行事故 与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理 汽轮机采用的提高经济性的先进技术 汽轮机组状态的监测和故障诊断
第三章 汽轮机几种典型运行事故
汽轮机常见故障


机组振动

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。
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 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。


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 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。