机组振动基础知识的讲解..

机组振动

一、基本概念

1．振动：物体偏离平衡位置，出现动能和位能的连续相互转换的往复运动形式称振动。受一次冲击力产生的振动——自由振动：受周期性的变化力产生的振动——受迫振动。

2．振动的描述：振幅；频率；相位；方向。

3．振幅：单向振幅——振动极限位置与平衡位置之间的距离；

双向振幅——振动两极限位置之间的距离，也称峰—峰值；

4．频率：每一秒钟振动的次数；

通频——最大振幅的振动频率；

基频——振幅最大的正弦振动频率；

分频——某一振动中各种正弦振动的频率

5．相位：振动信号最大值与转子谋一点的相对位置；

6．方向：横向；轴向；扭转。

二、机组产生振动的原因

机组转子受周期性的不平衡力产生受迫振动，产生不平衡力的原因很多,按力的性质可分为：

1．不平衡离心力——转子的质量中心与回转中心不重合产生的不平衡离心力或不平衡力矩，周期性变化；

2．发电机不平衡的电磁力——转子磁场与静子磁场间不平衡作用力；

3．轴承油膜不平衡的作用力

4．蒸汽对转子作用的不平衡周向力

受迫振动的特点是：振幅大小与激振力成正比；振动频率等于激振力的频率；振动相位于激振力的相位有关；

作用在转子上的不平衡力或力矩，不可能完全消除，只能设法减小。因此，机组的振动不可避免，只要振幅不超过允许值，不影响安全运行。但轴承支撑刚度不足，可能使振幅放大，原来合格的振动变为不合格。

一般厂家保证：额定转速稳定运行时，轴承座的双振幅值不大于0.025mm，轴颈相对振动的双振幅值不大于0.076mm；在通过临界转速时，各轴承座双振幅值不大于0.08mm，各轴颈相对振动双振幅值不大于

0.24mm。若出现异常振动，表明存在机械故障，影响安全运行。

三、机组振动的危害

1．动静部分摩擦、转子弯曲；

2．轴承磨损，轴承脱胎；轴承座紧固螺钉松动；

3．凝汽器管束和主油泵零件损坏。

4．发电机振动过大，滑环和电刷磨损加剧，静子槽楔松动、绝缘磨损。

四、机组振动的测量——无法测量直接转子的最大振幅

过去测量轴承座的振动振幅。虽然轴承座的振动与转子的振动成比例，但受轴承座刚度的影响，不能真实地反映转子的振动状况。现在机组采用涡流位移传感器测量轴颈相对轴承座的振动和轴承座的振动。

测量轴颈相对振动的振幅会出现机械偏差，即轴颈圆周表面的椭圆度、偏心率、剩磁，或材质不均等引起的偏差。一般可以通过扣除偏心率的方法修正，但对弹性热弯曲引起的误差无法估量。

五、机组振动的评价

1．以振幅大小评价

对3000rpm机组：

轴颈相对振动的振幅：≤0.08mm，正常；≤0.12～0.16mm，合格：≤0.18～0.26mm，限时运行。一般：0.12mm，报警；0.24mm，跳闸。

轴承座的振幅：≤0.03mm，正常；≤0.05mm，合格；≤0.08mm，限时运行。一般：0.05mm，

轴颈的绝对振动的振幅是轴颈相对振动振幅和轴承座振幅的矢量和。轴颈绝对振幅≤0.1mm，正常；≤0.15～0.2mm，合格：≤0.25～0.32mm，限时运行。

2．以振动速度大小评价——振动强度，单位：mm/S。

振动速度与振动的振幅和频率成比例，由于测量的是通频振动，因此要进行频谱分析，求出各分频的振动，再求各分频振动速度的均方根。

振动强度的评价方法，由于需要频谱分析和计算，只有在检测系统直接给出振动速度，才能作为评价标准。

六、振动故障的诊断

振动故障的诊断，要找出振动的特点和观察有关现象，进行分析，判断产生振动的原因和部位，决定相应的消除异常振动的方法。一般要作转速试验，负荷试验，真空试验，进行振动的频谱分析。获得机组振动的特性——振幅、频率、相位的变化规律。

1．不平衡质量力激起的振动特点

机械激振力引起强迫振动：转子质量的不平衡、转子挠曲、转子连接和对中心的缺陷；动静部分摩擦；铆接围带脱落、叶片断裂。

1）转子质量不平衡:振幅与转速的平方成正比；通过临界转速时振动明显加剧；最大振幅相位随转速变化而变化。通过临界转速时振幅明显加大；每一次的相位相对固定，通过临界转速前后相位变化换向。（图）

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12max )

2(][n n n

e A δωωωω+-= 2

11)/(1/2ωωωδωφn n tg -= 转子重量mg 产生静绕度Y 0，形成弹性恢复力kY 0，kY 0=mg ，方向相反，相互平衡，转子绕静桡度曲线旋转。若转子有不平衡质量力em ω2，在旋转时与重力mg 合成一个周期性变化的作用力，使转子产生受迫振动，而振动又产生阻尼力μA ω。质量力em ω2和阻尼力μA ω的合力P 与重力合成周期性变化的力，激起转子振动（弹性恢复力kh 变化），振幅为A （h 变化的测量值），其最大值的相位与不平衡质量力的夹角Φ。随着转速增加，em ω2增大与转速平方成正比，而μA ω增加的速率与ω3成正比，大于em ω2的速率，故随转速赠加，振幅A 增大,夹角Φ也相应增大；振动频率与转速一致。转速趋近临界转速时，振动频率与转子自振频率趋向一致,形成共振,振幅A 最大，夹角Φ趋近90°(是平衡加重位置的依据)。转速超过临界转速，夹角Φ大于90°，最大振幅的相位（合成力的相位）与质量偏心的相位逐渐反向，合成力逐渐减小，振幅A 逐渐减小。

2）转子弯曲：造成质量偏心,其振动特点与质量不平衡相似,但振幅与

em ω

弯曲的绕度大小有关,转子晃度变化（增大）；临界转速下振幅的相位与晃度的相位有关。若发生摩擦时,振动波形中有高次谐波；

3）转子对中不良；转子找中心是保证运行时，其中心线是一条连续光滑的自然垂弧。对中不良是指“两联轴节中心错位，或其端面张口不合适”。对于通过止口连接的联轴节，只要止口同心，可以保证中心不错位，但要考虑其两侧轴承座在运行中标高变化是否一致。其端面张口是在端面垂直于中心线的前提下，考虑运行中轴承座标高的变化。若两侧轴承座在运行中标高增加，安装时则留下张口；反之，则留上张口。若两侧轴承座在运行中标高变化不一致，安装时则预留适当的中心错位。转子对中不良，运行时，其中心线不是一条连续光滑的自然垂弧，其特点与转子质量静不平衡的振动相同。

中心错位上张口下张口本机组转子采用单轴承支撑，且各轴承座落地，运行中轴承中心基本不变。安装找中心时不必留张口和中心错位，运行的稳定性也较好。

2．电磁不平衡力激起的振动特点

电磁激振力引起的强迫振动：转子线圈匝间短路，磁场偏心；转子和定子径向间隙不均匀；定子铁芯在磁力作用下发生激烈的振动，改变转子和定子径向间隙；电磁不平衡力产生的振动，在机组并网后才会产生，振幅随励磁电流的增加而增大。