汽轮机振动学习教案.pptx

会计学1汽轮机振动汽轮机振动(zhndng)第一页，共90页。本课程的主要本课程的主要(zhyo)内容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 汽轮机采用汽轮机采用(c(c iyng)iyng)的提高经济性的先进技术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汽轮机组状态的监测和故障诊断第1页/共90页第二页，共90页。第三章第三章 汽轮机几种典型汽轮机几种典型(dinxng)运行事故运行事故第2页/共90页第三页，共90页。汽轮机常见故障汽轮机常见故障n n机组(jz)振动n n油系统着火n n水冲击n n超速第3页/共90页第四页，共90页。机组机组(jz)振动故障振动故障第4页/共90页第五页，共90页。机组机组(jz)振动故障的现场处理振动故障的现场处理要求要求n n近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验教训说近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验教训说明，对振动故障的定性一般明，对振动故障的定性一般(ybn)(ybn)并不困难，但在确定故障的并不困难，但在确定故障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使得误判时有具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场经验外，还应该掌发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场经验外，还应该掌握一定的基础理论和科学的分析能力，这样才能快捷地找出故障握一定的基础理论和科学的分析能力，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，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。机组经过一段时间的运行或检修后，振动重复出现。第5页/共90页第六页，共90页。汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动(zhndng)(zhndng)故障特征汇故障特征汇故障特征汇故障特征汇总表总表总表总表序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征1原始质量不平衡原始质量不平衡1X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2转子原始弯曲转子原始弯曲1X低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小3转子热弯曲转子热弯曲1X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幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复4转动部件（叶片、平转动部件（叶片、平衡块）飞脱衡块）飞脱1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响振动突增，相位突变到定值，伴随声响5转轴不对中转轴不对中1X、2X高的高的2X或或3X振幅，振幅，1/2临界转速有临界转速有2X共振峰，共振峰，“8”字形轨迹字形轨迹6联轮器松动联轮器松动1X、2X等等与负荷有关与负荷有关7动静碰摩动静碰摩1X、整分数、倍频、整分数、倍频内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加8油膜涡动油膜涡动0.350.5X低频的出现与转速有关低频的出现与转速有关9油膜振荡油膜振荡fcril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振幅振幅10汽流激振汽流激振fcril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，改变负荷即消失负荷即消失11结构共振结构共振1X、分数、倍频、分数、倍频存在明显的共振蜂，与转速有关存在明显的共振蜂，与转速有关12结构刚度不足结构刚度不足1X与转速有关，瓦振轴报接近与转速有关，瓦振轴报接近13转子裂纹转子裂纹1X、2X降速过降速过1/2临界转速有临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大振动峰，随时间逐渐增大第6页/共90页第七页，共90页。汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动汽轮发电机组振动(zhndng)(zhndng)故障特征汇总故障特征汇总故障特征汇总故障特征汇总表表表表(续续续续)序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征14转子中心孔进油转子中心孔进油1X、0.8X0.9X与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大15转轴截面刚度不对称转轴截面刚度不对称2X1/2临界转速有临界转速有2X振动峰振动峰16轴承座刚度不对称轴承座刚度不对称2X垂直、水平振动差别大垂直、水平振动差别大17轴承磨损轴承磨损1X、次同步、次同步1X、1/2X、1.5X高高18轴承座松动轴承座松动1X与基础振动差别大与基础振动差别大19瓦差松动，紧力不足瓦差松动，紧力不足1X、分频、分频、1/2X可能出现和差振动或拍振可能出现和差振动或拍振20瓦体球面接触不良瓦体球面接触不良1X和其他和其他振幅不稳定振幅不稳定21叶轮松动叶轮松动1X相位不稳定，但恢复性好相位不稳定，但恢复性好22轴承供油不足轴承供油不足1X瓦温、回油温度过高瓦温、回油温度过高23匝间短路匝间短路1X、2X和励磁电流有关和励磁电流有关24冷却通道堵塞冷却通道堵塞1X与风压、时间有关与风压、时间有关25磁力不对中磁力不对中2X随有功增大随有功增大26密封瓦碰摩密封瓦碰摩1X、2X振幅逐渐增大振幅逐渐增大第7页/共90页第八页，共90页。常见振动故障常见振动故障(gzhng)的诊断的诊断n n下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。n n质量不平衡质量不平衡(pnghng)(pnghng)n n转子的弯曲转子的弯曲n n动静碰摩动静碰摩n n油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振n n结构共振结构共振n n结构刚度不足结构刚度不足n n联轴器不对中联轴器不对中n n裂纹转子裂纹转子n n转子中心孔进油转子中心孔进油n n转子截面刚度不对称转子截面刚度不对称第8页/共90页第九页，共90页。质量质量(zhling)不平衡不平衡n n转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数的的8080。随着。随着(su zhe)(su zhe)制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。即使如此，质量不平衡目前仍提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。是现场机组振动的主要故障。n n处理手段：低速动平衡，高速动平衡。处理手段：低速动平衡，高速动平衡。第9页/共90页第十页，共90页。11转子转子(zhun z)不平衡（不平衡（Rotor Imbalance）Shaft centerlineMass centerlineShaft centerlineMass centerlineStatic imbalanceCoupled imbalance第10页/共90页第十一页，共90页。质量不平衡质量不平衡(pnghng)的一般特征的一般特征n n最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号中最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。占主要成分。n n工频振幅工频振幅(zhnf)(zhnf)为主的状况应该是稳定的，这为主的状况应该是稳定的，这包括：包括：n n各次启机；各次启机；n n升降速过程；升降速过程；n n不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电流等。电流等。n n工频振动的相位同时也是稳定的。工频振动的相位同时也是稳定的。n n第二个主要依据是这种状况的重复性。第二个主要依据是这种状况的重复性。第11页/共90页第十二页，共90页。转子质量不平衡的分类转子质量不平衡的分类(fn li)特征特征n n汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因(yunyn)有三个：n n原始不平衡；n n转动过程中的部件飞脱、松动;n n转子的热弯曲。n n原始不平衡是主要原因(yunyn)。第12页/共90页第十三页，共90页。原始原始(yunsh)不平衡不平衡n n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。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。n n这种不平衡的特点：这种不平衡的特点：n n除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是“稳定稳定”，这个稳定是指，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。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。n n具体所测的数据中，在同一转速，工况相差具体所测的数据中，在同一转速，工况相差(xin(xin ch)ch)不大时，振幅波动不大时，振幅波动约约2020，相位在，相位在10201020范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。n n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。处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。第13页/共90页第十四页，共90页。转动转动(zhun dng)部件部件飞脱和松动飞脱和松动n n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；以及平衡质量块；n n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，相位也同时轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时(tngsh)(tngsh)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。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。n n发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。n n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。带负荷过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。第14页/共90页第十五页，共90页。平衡质量平衡质量(zhling)块飞脱的一个案例块飞脱的一个案例n n某电厂的某电厂的200MW200MW机组大修后启机，机组大修后启机，3 3、4 4号轴承振动大进行动平衡，号轴承振动大进行动平衡，接长轴联轴器加重接长轴联轴器加重1600g1600g，用两个，用两个M14M14的螺钉固定的螺钉固定(gdng)(gdng)，升速到，升速到2600rpm2600rpm时，时，3 3号轴承附近发出一声响声，振动增大，立即停机，发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。现平衡块飞脱。2600rpm2600rpm平衡块飞前，平衡块飞前，3 3号轴振为号轴振为 179mm 179mm1414，瓦振，瓦振为为 41mm 41mm6969，飞后，飞后3 3号轴振为号轴振为 220mm 220mm6060，瓦振为，瓦振为 47 mm 47 mm118118，平衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变化约平衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变化约6060，轴振振幅增加，轴振振幅增加40mm40mm，瓦，瓦振振幅增加振振幅增加 6mm 6mm。第15页/共90页第十六页，共90页。现场动平衡加重实例现场动平衡加重实例(shl)影响系数法影响系数法n n某某200MW200MW机组大修后启动，机组大修后启动，3000 rpm3000 rpm时时3 3瓦垂直方向振动约瓦垂直方向振动约100mm100mm，决定，决定(judng)(judng)进行动平衡进行动平衡n n平衡计算过程如下：平衡计算过程如下：n n原始振动：原始振动：A0=97 mmA0=97 mm277277n n在接长轴试加重：在接长轴试加重：Pt=781gPt=781g135135n n再次启机再次启机3000rpm3000rpm，测：，测：A1=140 mmA1=140 mm269269n n计算影响系数计算影响系数n n a=(A1-A0)/Pt=(140 mm a=(A1-A0)/Pt=(140 mm269-97 mm269-97 mm277)/781g277)/781g135135n n =0.0589(mm/g)=0.0589(mm/g)116.9116.9n n计算最终加重量：计算最终加重量：P=1646.9g P=1646.9g340340n n加重后的结果：加重后的结果：A=17 mm A=17 mm121121第16页/共90页第十七页，共90页。转转 子子 的的 弯弯 曲曲第17页/共90页第十八页，共90页。转子转子(zhun z)热弯曲热弯曲n n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。的变化。n n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，工频振幅逐渐渐(zhjin)(zhjin)增大，相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变增大，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。化趋缓，最终基本不变。n n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。振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。n n两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有时需要安排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较时需要安排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较快地减负荷，以观察转子温度高的情况下降速过程的幅频特快地减负荷，以观察转子温度高的情况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。性，和冷态启机时进行比对。n n一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。因此，测试必一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。因此，测试必须在转子弯曲没有完全恢复前进行。须在转子弯曲没有完全恢复前进行。第18页/共90页第十九页，共90页。转子热弯曲产生转子热弯曲产生(chnshng)的的原因原因n n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。的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。n n有时运行原因也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、动静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碰摩等。只要没有使转子发生永久(y(y ngjingji)塑性变形，这类热塑性变形，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。现象也会随之自行消失。n n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。大，表现最明显应该在过一阶临界转速时的工频振动增大。第19页/共90页第二十页，共90页。转子转子(zhun z)永久性弯永久性弯曲曲n n当转子最大内应力超过材料的屈服极限，使转子局部产生(chnshng)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n n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第20页/共90页第二十一页，共90页。转子永久性弯曲转子永久性弯曲(wnq)产生的原因：产生的原因：n n动静摩擦动静摩擦转子径向局部过热膨胀转子径向局部过热膨胀弯曲弯曲n n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。使主轴产生永久性弯曲。n n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(lngshu(lngshu)，也会造成主轴弯曲，也会造成主轴弯曲n n进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止n n静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到150200150200时，就会时，就会造成主轴永久性弯曲。造成主轴永久性弯曲。n n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。的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。n n另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲第21页/共90页第二十二页，共90页。防止主轴防止主轴(zhzhu)弯曲弯曲的措施：的措施：n n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。正常运行工况下不会发生动静摩擦。n n汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程(guchng)(guchng)中不产生过大的上下部温差。中不产生过大的上下部温差。n n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。切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进水。n n运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。n n在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到0.04mm0.04mm时，必须打闸停机，时，必须打闸停机，不得盲目升速或降速暖机。不得盲目升速或降速暖机。n n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。件不具备情况下，严禁起动。第22页/共90页第二十三页，共90页。动静动静(dng jing)碰摩碰摩n n汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着现代机组动汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。n n碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要(zhngyo)(zhngyo)原因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整原因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整个轴系毁坏。个轴系毁坏。n n对碰摩的故障特征，进行了许多研究，但是，这些研究结果和实际情况还有距对碰摩的故障特征，进行了许多研究，但是，这些研究结果和实际情况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。n n碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。n n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。事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。第23页/共90页第二十四页，共90页。机组机组(jz)碰摩原因碰摩原因(1)n n机组动静碰摩通常有下列起因：n n转轴振动过大。n n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。n n由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，整个转子偏斜。n n非转动部件(bjin)的不对中或翘曲也会导致碰摩。第24页/共90页第二十五页，共90页。机组机组(jz)碰摩原因碰摩原因(2)n n动静间隙不足动静间隙不足n n有时是设计上的缺陷所造成的。也经常是安装、检修的原因，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。动静间隙调整不符合规定所致。n n动静间隙是受多种因素影响的。如动静间隙是受多种因素影响的。如:n n真空、凝汽器灌水、缸温等，真空、凝汽器灌水、缸温等，n n即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化n n缸体跑偏、弯曲或变形缸体跑偏、弯曲或变形n n机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这个部位发生个部位发生(fshng)(fshng)碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约有近约有近3030台机组发生台机组发生(fshng)(fshng)过这样的故障。过这样的故障。n n开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的主要运行原因之一。轴的主要运行原因之一。第25页/共90页第二十六页，共90页。碰摩的后果碰摩的后果(hugu)：n n轻的：n n汽封磨损汽封漏汽量增大降低汽轮机效率n n重的：n n叶片断裂、主轴弯曲，甚至(shnzh)汽轮机完全损坏第26页/共90页第二十七页，共90页。碰摩通常发生碰摩通常发生(fshng)的部位：的部位：n n隔板汽封隔板汽封n n叶片围带汽封叶片围带汽封n n轴端汽封轴端汽封n n各轴承各轴承(zhuchng)(zhuchng)的油挡部位的油挡部位n n发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处第27页/共90页第二十八页，共90页。碰摩发生碰摩发生(fshng)的机理的机理第28页/共90页第二十九页，共90页。碰摩的种类碰摩的种类(zhngli)n n全周碰摩全周碰摩n n转子在它转动的一周中始终与静子保持接触转子在它转动的一周中始终与静子保持接触(jich)(jich)。n n发生全周碰摩的静子在发生全周碰摩的静子在360360周向都要接触周向都要接触(jich)(jich)，转子可以是只有，转子可以是只有部分弧段接触部分弧段接触(jich)(jich)，也可以是全局接触，也可以是全局接触(jich)(jich)。n n部分碰摩部分碰摩n n转子在它转动的一周中只有部分弧段接触转子在它转动的一周中只有部分弧段接触(jich)(jich)。n n部分碰摩在静子上只有部分弧段接触部分碰摩在静子上只有部分弧段接触(jich)(jich)。第29页/共90页第三十页，共90页。碰摩的三种碰摩的三种(sn zhn)物理现象物理现象n n碰撞碰撞n n由于碰撞，使转子由于碰撞，使转子(zhun z(zhun z)在不平衡引起的强迫同步响应的基础在不平衡引起的强迫同步响应的基础上叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子上叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子(zhun z(zhun z)的固有频率，是整个振动响应的主要成分。的固有频率，是整个振动响应的主要成分。n n摩擦摩擦n n转子转子(zhun z(zhun z)刚度的改变刚度的改变n n碰摩的响应碰摩的响应n n碰摩转子碰摩转子(zhun z(zhun z)的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐波成分。波成分。n n实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。第30页/共90页第三十一页，共90页。碰摩转子的动力碰摩转子的动力(dngl)特性特性n n碰摩发生时作用在转轴上有两种力：碰摩发生时作用在转轴上有两种力：n n冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运动。冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运动。n n碰摩时的冲击效应有下列特点：碰摩时的冲击效应有下列特点：n n由于冲击作用时间很短，相当于一个由于冲击作用时间很短，相当于一个(y(y )脉冲函数，因此，产生宽频带响应脉冲函数，因此，产生宽频带响应n n由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。n n撞击时具有高的法向力和切向力。撞击时具有高的法向力和切向力。n n接触材料之间存在着能量的吸收和转移。接触材料之间存在着能量的吸收和转移。n n接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。n n摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。n n碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号含碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号含有丰富的谐波分量。有丰富的谐波分量。n n碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。n n严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。n n摩擦的另一个摩擦的另一个(y(y )重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振动增大。频振动增大。第31页/共90页第三十二页，共90页。碰摩的信号碰摩的信号(xnho)特征特征n n碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆，在其它时刻可能不再某一时刻出现的征兆，在其它时刻可能不再(b zi)(b zi)复现，这使得复现，这使得碰摩故障的表现带有一些不确定性。碰摩故障的表现带有一些不确定性。第32页/共90页第三十三页，共90页。碰摩的诊断碰摩的诊断(zhndun)n n碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要开缸处理，工作碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高准确性。量较大，这就要求诊断的高准确性。n n现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行(jnxng)(jnxng)判断。另外还可判断。另外还可以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的变化。单纯用瓦振信以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的变化。单纯用瓦振信号进行号进行(jnxng)(jnxng)判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供丰富的碰摩信息。判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供丰富的碰摩信息。n n机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。n n现场运行人员在启机过程常采取现场运行人员在启机过程常采取“听诊听诊”的方法，对碰摩的确定有时也是有用的。但的方法，对碰摩的确定有时也是有用的。但要注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是双层缸，通流部分的碰摩声要注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生碰摩的决定性判据。的结论作为是否发生碰摩的决定性判据。第33页/共90页第三十四页，共90页。防止防止(fngzh)动静碰磨的技术措施：动静碰磨的技术措施：n n根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各部位的动静根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各部位的动静间隙间隙n n认真分析转子和汽缸的膨胀认真分析转子和汽缸的膨胀(png zhng)(png zhng)特点和变化规律，在起动、特点和变化规律，在起动、停机和变工况时注意对胀差的控制和调整停机和变工况时注意对胀差的控制和调整n n在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数的变化、监在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数的变化、监视段压力及轴的窜动视段压力及轴的窜动n n在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水n n起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不得在超限增起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不得在超限增况下强行起动况下强行起动第34页/共90页第三十五页，共90页。一台机组一台机组(jz)碰摩实例碰摩实例n n某某200MW200MW机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。n n碰摩情况：碰摩情况：n n启动按常规进行到启动按常规进行到3000 rpm3000 rpm定速，保持定速，保持2 2小时准备做超速试验，这时运小时准备做超速试验，这时运行人员先试验同步器，将转速降到行人员先试验同步器，将转速降到2350 rpm2350 rpm又很快回升到又很快回升到3000 rpm3000 rpm，这时这时3 3号轴承振动号轴承振动(zhndng)(zhndng)从从20mm20mm开始急剧增大，主要是工频成分，开始急剧增大，主要是工频成分，2 2、4 4号轴承振动号轴承振动(zhndng)(zhndng)也同时上升，并发现也同时上升，并发现3 3号轴承处涌出大量号轴承处涌出大量烟雾。大约经过烟雾。大约经过7min7min，3 3号轴承振幅已上升到号轴承振幅已上升到75mm75mm，随后紧急打闸停，随后紧急打闸停机。揭开机。揭开3 3号轴承盖，发现大轴与号轴承盖，发现大轴与3 3号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹槽深凹槽深3 34mm4mm，宽，宽5 56mm6mm，张角，张角6060第35页/共90页第三十六页，共90页。轴承振动轴承振动(zhndng)情况情况该案例说明：该案例说明：碰摩时各振动分碰摩时各振动分量增加的速度量增加的速度(sd)很快。由很快。由于打闸及时，幸于打闸及时，幸未造成严重事故。未造成严重事故。第36页/共90页第三十七页，共90页。轴颈磨损轴颈磨损(m sn)情况情况第三十八页，共90页。碰摩时轴承振动碰摩时轴承振动(zhndng)瀑布图瀑布图第三十九页，共90页。碰摩中降速过程碰摩中降速过程(guchng)和处理和处理后降速过程后降速过程(guchng)轴承振动级轴承振动级联图联图第四十页，共90页。油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振n n这是一种自激振动。这是一种自激振动。n n自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶临界转速为自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶临界转速为振动频率，它的出现与转速或负荷密切相关。维持这种振动的能振动频率，它的出现与转速或负荷密切相关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种机制。量来自于系统自身内部的某种机制。n n自激振动和强迫振动本质上的区别在于：自激振动和强迫振动本质上的区别在于：n n自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；n n自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。n n强迫振动中，持续作用强迫振动中，持续作用(zuyng)(zuyng)的交变力独立于运动存在着，的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用即使振动停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用(zuyng)(zuyng)力的频率相等。力的频率相等。第四十一页，共90页。旋转机械中可以产生旋转机械中可以产生(chnshng)涡动涡动和振荡的最主要的振源：和振荡的最主要的振源：n n转子内部阻尼；转子内部阻尼；n n动压轴承动压轴承(zhuchng)(zhuchng)和密封、油封；和密封、油封；n n汽封；汽封；n n汽轮机组的气动耦合；汽轮机组的气动耦合；n n顶隙激振；顶隙激振；n n叶轮叶轮通流部分相互作用力；通流部分相互作用力；n n转子内滞留液体；转子内滞留液体；n n干摩擦碰摩；干摩擦碰摩；n n扭转变形涡动；扭转变形涡动；n n弯扭耦合。弯扭耦合。第四十二页，共90页。实际中时而实际中时而(sh r)可见的汽轮发电机组轴系动力失稳可见的汽轮发电机组轴系动力失稳的类型：的类型：n n滑动轴承油膜失稳造成的半速涡动和油膜振荡；n n汽流激振；n n转轴材料(cilio)内阻引起的不稳定振动、转轴和套装叶轮之间的内摩擦以及中心孔进油造成的振动等。第四十三页，共90页。一个失稳问题一个失稳问题(wnt)的的实例实例n n某苏制某苏制BTBT50503 3型双抽凝汽式机组，高压转子，低型双抽凝汽式机组，高压转子，低压转子的临界转速分别是压转子的临界转速分别是1800 rpm1800 rpm和和1900 rpm1900 rpm，发电机，发电机转子临界转速是转子临界转速是1365 rpm1365 rpm。n n机组的主要问题是：机组的主要问题是：n n2 2号瓦经常碎瓦。据记载，从号瓦经常碎瓦。据记载，从19801980年到年到19911991年底，对年底，对2 2号号瓦上、下瓦共进行过瓦上、下瓦共进行过1212次补焊、浇乌金或换备