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1、2018/9/9,1,浅谈发电机组常见振动故障诊断与对策 朱振龙,2018/9/9,2,现代大型火力发电机组无一例外的采用了分散控制系统（DCS）其高度的稳定性、冗余性、分险分散性、集中显示性、组态灵活性为机组的安全运行提供了有力的保障，但是系统的高度自动化不能完全代表机组的安全化。从高压、超高压机组结构来分析：两转子三轴承结构、加长轴构、双层缸结构、轴封的无套化结构及轴系的延长等均使其轴系体现了脆弱的一面，也使机组的振动故障更加复杂化、隐蔽化、多元化，致使许多发电厂“谈振变色”有些振动故障在国内已有了较好的解决办法和较深的机理研究，,2018/9/9,3,但也有一些振动问题，至今还困扰着我们
2、，尤其是大型机组的振动故障已成为当前的一些突出难题，无论是激振原因还是振动机理以及解决办法还处于摸索、探讨和研究之中。有些振动问题激振原因和振动机理很简单，但处理很复杂，如氢冷式发电机转子热弯曲问题，至今还没有较好的解决办法，诸如转子线圈局部对地和匝间短路，通风孔局部堵塞，铜损和铁损不均匀，以及转子热辐射等问题，处理这些问题就比较复杂，而也有一些问题激振原因和振动机理比较复杂，一但对这些问题的机理搞清楚了，处理起来又相对简单，因此有必要对网内机组出现的一些振动故障加以总结、分析、归类并提出一些相应的对策，以便我们提高对这些振动故障的认识和防止同类事故的发生。,2018/9/9,4,二、 网内机
3、组常见振动故障,2.1 运行中机组振动发生显著变化的振动故障,2018/9/9,5,这类振动故障最常见的激振原因是机组在运行中转动部件飞脱（如汽轮机转子掉叶片），多数发生在中小容量的机组上，这类机组除正常发电外，还担负着冬季供热和电网调峰等任务，给机组的安全稳定运行带来一定影响。值得注意的是叶片断落飞脱并不是在振动上都有明显的反映，因为部件飞脱对振动的影响主要决定于飞脱部件的质量，所处的半径，轴向位置，与原始不平衡的夹角等。对2550MW机组的汽轮机转子来说，若飞脱部件所处半径为0.5米，而且在转子两端，在3000r/min下，其影响系数约为2040um/kg，当机组原始振动较小（10um以下
4、）时，汽轮机最后几级叶片若有一片段落，就会使机组振动明显增大，但当机组原始振动较大时，如果飞脱的叶片与原始不平衡呈反相时，则机组振动反而会减小。,2018/9/9,6,安全第一 预防为主,以上两种情况在网内电厂也遇到过，如XX厂5号机组原来汽轮机前后瓦振动都在20um以下，运行中运行人员发现1号、2号瓦振突然增大到42um和60um左右，经在线检查分析，运行人员无操作与调整，且振动幅值稳定，现场分析振动突然增大的原因是转子部件飞脱（叶片段落）。根据振动特征和前后轴承振动响应，质量大约为1kg左右，位置应该在转子靠近外伸端，经揭缸检查发现，第十一级叶片的65、66号叶片从叶片中部断掉，质量约为1
5、.25kg左右，此次叶片段落说明叶片段裂部位与转子原始不平衡方向大致在60度角度范围内，原始不平衡分量与叶片断裂造成的不平衡分量通过力的合成，造成振 动增大 。,2018/9/9,7,再如XX发电厂3号机组在振动普查时，汽轮机后瓦水平振动偏大（62um），振动偏大的原因是由于末级叶片第103号叶片断裂，由于机组已临近大修，未作处理，运行至大修前作检修前振动测量时发现，机组振动突然变小了，振幅由62um降至18um。大修中发现末级叶片与原来断掉的一片呈175度方向上又从根部断掉一片，原始不平衡分量与叶片断裂造成的不平衡分量通过力的分解，导致了振动减小。,2018/9/9,8,还有另外一种情况如果
6、其夹角为120度左右（原始不平衡方向与飞脱质量的夹角），从轴承振动上看不出振幅有明显的变化，在运行中也未发现振动有大的变化，可在大修中揭缸发现有一只或几只叶片发生断裂。因此为了掌握转动部件飞脱对振动的影响，在测量振动幅值的同时必须测量基频相位，现场往往对这一问题不太重视，因而导致判断上的失误，另外当飞脱叶片处在转子中部时，他所引起的主要是一阶不平衡分量，这种不平衡分量对转子工作转速下的振动影响较小，即使飞脱部件重量达到500g，对一个重量10.53吨的25MW机组的汽轮机转子，在工作转速下的振动变化也不大，但在一阶临界转速下它将产生较大的振动。,2018/9/9,9,综上所述，运行中机组振动发
7、生显著变化最常见的激振原因是由于转动部件飞脱造成的，这类故障虽然激振原因、振动机理较为清晰，但在故障诊断时要抓住重点和故障特征，才能获得较高的诊断严密性和诊断的准确率。这种故障对设备的损坏比较严重，而且维修工期较长，维修费用较大，采取的对策一是积极防范叶片断裂事故的发生，（叶片断裂的原因有：1、材质不良、型线设计不合理、安装质量不高、频率不合格；2、运行方面原因：蒸汽品质不良、汽轮机超负荷、低负荷运行、气温过高、过低、水冲击、偏离周波运行等；3、检修方面原因：缸内异物造成机械损伤、吊转子时叶片碰伤），二是断裂叶片处理时尽量保持转子的原有平衡状态。,2018/9/9,10,运行中转子存在热不平衡
8、的 振动故障,这类故障在单带地区负荷运行的机组上屡有发生，开始时并没有引起人的注意，当故障频繁出现时人们才对这一问题有所认识，因此对这类故障的振动机理和处理方法加以分析讨论。,2018/9/9,11,有些机组在空载3000转下振动不大，随着有功负荷的增加，振动逐渐增大，当有功负荷小时，振动并不立即减小，而是在稳定一段时间后振动才逐渐减小，这种现象表明振动与机组受热状态有关，明显地包含了一个随机组有功负荷增大而加大的热变量，所谓热变量是指转子受热后振动的变化量，这种热变量有两种表现形式，一种是随负荷减小而减小或消失，处理这种热变量要在满负荷下将转子热变量数值和空负荷下数值进行综合计算，通过调整轴
9、系平衡一般可以获得满意的效果。,2018/9/9,12,其机理是：由于发电机静子负序电流的作用，转子表面将产生涡流，特别是转子端部，表面温度将升高，由于套箍热容量较小，其瞬间平均温度将高于转子本体温度，这就使套装部件之间形成温差而失去紧力，在不平衡力矩和不平衡力的直接作用下，套箍和端部线包发生不对称径向位移，使转子平衡恶化。,2018/9/9,13,根据我国现行设计的发电机转子和套箍的紧力标准，对于3000转/分转子来说，冷态松脱转速不小于3700转/分，因此在3000转/分转速下残留的紧力值已不大，当本体与套箍有温差时，很容易使套箍失去紧力。发电机负序电流是由三相负载不对称引起的，在有些电网
10、中，例如带有电气机车负载的电网，一般不对称负载较大，还有单带电石炉、硅铁炉时由于炉侧电气故障或操作不当都会引起负载不对称的发生。防止发电机负序电流使机组平衡恶化措施有：限制发电机不对称负载、合理补偿发电机转子端部平衡。,2018/9/9,14,另一种是热变量与空负荷下振动大小无明显的关系，或虽然有关但是把空负荷下振动降低后，热变量仍较大，产生这种热变量的原因对于汽轮机而言，一是由于转子受热后平衡状态恶化，即通常所说的转子热不平衡；二是受热后汽缸、轴承座膨胀不良，导致振动增大。对发电机而言，是由于转子线圈受热后出现的热不平衡而引起，转子出现热不平衡的直接后果是产生热弯曲（弹性弯曲），热弯曲产生振
11、动的机理是众所周知的，那么如何判断是汽轮机转子还是发电机转子存在热弯曲，可以通过励磁电流试验和有功负荷变化试验即可判明，当有功负荷和其它运行参数保持不变时，增大或减小励磁电流机组振动随之增大或减小，说明故障在发电机转子上，反之保持无功负荷和其它运行参数不变时（蒸汽参数、润滑油温、真空等），增加或减小有功负荷时机组振动随之增加或减小，说明故障在汽轮机转子上。,2018/9/9,15,例如 2002年12月19日宁夏XX集团发电厂1号机组振动故障。2003年12月31日XX电厂0号机振动故障和2005年5月3日XX高科技材料有限公司3号发电机组振动故障，就是比较典型的两例。举例说明XX自备电厂3号
12、机组：空载3000转时发电机前轴承和发电机后轴承振动值最大为33um，随着有功负荷的增加振动在逐渐增大在6000kw负荷下振动达到60.8um，热变量约为30um，经在发电机两端加二阶平衡重量： A侧加280g B侧加446g 空载振动降为：A侧12.3um度 B侧19.1um满负荷6000kw: A侧18.9um B侧21um 其热变量显著减小，基本消失。,2018/9/9,16,汽缸、轴承座膨胀不良引起的振动机理较为简单，只要在各部膨胀点上装上百分表，即可检测到汽缸膨胀是否均匀，振动机理也较为简单，在这里就不再阐述，有关资料也有详细记载。,2018/9/9,17,汽轮机转子产生热弯曲主要有
13、以下几个方面的原因：转轴上内应力过大，材质不均，径向不对向温差，前两个原因是制造原因，引起不对称温差的主要原因是：转轴处存在轴向不对称漏气，转子表面热辐射不均，转子中心孔内有油或有水，较为典型的是转子中心孔内有油或有水，这种情况绝大多数是由于中心孔堵头不严造成，工况变化或停机时转子冷却，孔内温度降低形成负压把液体吸入孔内，为防止液体进入中心孔内，只要将堵头封严即可，对中心孔内液体造成振动的机理也有一个较长认识过程。较为典型的是包头一电厂2号机组出现异常振动的处理过程，让内蒙网内电厂对此问题才有了一个深刻的了解和认识。,2018/9/9,18,较为典型的是XX一电厂2号机组出现异常振动的处理过程
14、，让网内电厂对此问题才有了一个深刻的了解和认识。 转子中心孔内有液体而未充满时，在离心力的作用下，液体贴向内壁，由于转子偏心和液体的粘滞性，贴向内壁的液体厚度在圆周方向上是不相等的，转轴沿轴向存在较大温差，液体在孔内存在不均匀的热交换，在转子直径方向上产生不对称温差，其值随转子温度升高而加大，即随有功负荷的增大而增大，而且在暖机和升速过程中也能明显地反映出来，暖机时间长，会引起过大振动而达不到额定转速。,2018/9/9,19,2.3 动静磨擦产生的振动障,这类故障多数发生在大型机组上，大型机组为提高效率一般动静间隙均较小，在运行中稍有不当，极易产生磨擦振动，轻者使部件磨损，重者将造成大轴永久
15、弯曲、损坏通流部分的重大事故。,2018/9/9,20,2.3.1 一阶临界转速下产生磨擦 振动故障,一般来说动静磨擦可以产生磨擦抖动和转子热弯曲引起转子不平衡而产生的普通强迫振动，磨擦抖动在转子转速很低时即可发生，对机组影响较小，对于汽轮发电机来说动静磨擦产生振动影响较大的是产生热弯曲，转轴摩擦产生热弯曲的原因是由于转轴存在振动或原始晃摆值，,2018/9/9,21,当动静发生接触时便形成单侧磨或一侧磨擦重一侧摩擦轻，磨擦重的一侧温度高于磨擦轻的一侧，使转轴产生不对称温差，引起转子热弯曲。磨擦效应在不同的转速下有不同的反应，当转子在第一临界转速以下时，振动对动静磨擦最为敏感,2018/9/9
16、,22,（如图1所示）。转子原来的不平衡为OA，H是转轴摩擦的重点，该点温度高于对面的一侧，从而在OH方向产生一个热不平衡OB，OA和OB之间的夹角小于90度，因此使转子磨擦后呈现的总的不平衡OC=OA+OB将大于原来的不平衡OA，从而造成动静磨擦进一步加剧，转子热弯曲增大使总的不平衡再增大形成恶性循环，这种情况对机组安全的威胁最大，当然这个过程实际上是在一个很短的时间内完成的，而转子上的磨擦重点是逆着转动方向不断移动的，以至在转子表面整圈都留下了磨擦痕迹。,2018/9/9,23,图一,2018/9/9,24,图二,2018/9/9,25,内蒙电网XX电厂2号机组（200MW）大轴发生永久性
17、弯曲就是由于在一阶临界转速下动静磨擦造成的。当转速在第一临界转速以上时，其夹角大于90度，磨擦后转子呈现的总的不平衡OC小于或接近转子原来的不平衡量OA（见图二），这种情况对机组安全的威胁要小的多，这里值得注意的是：当机组已经超越一阶临界转速，虽然振动值较大，这时不应打闸停机，因为这时转子高点与磨擦点的夹角大于90度对机组的威胁已经小得多了，如果打闸停机，这时磨擦还没有脱离，通过临界转速时又会出现夹角小于90度的情况，使事故扩大，这就是人们对这类问题分析时说的不打闸还好，打闸反而变坏的原因。另外，人们在分析事故时，产生先弯后磨，还是先磨后弯的疑意，如果摩擦痕迹最重的部位是发生在弯曲的凹面，说明是先磨后弯，如果摩擦痕迹最重的部位是发生在弯曲的凸面，说明是先弯后磨。,
