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1、精选优质文档-倾情为你奉上汽轮发电机组振动故障诊断和处理技术学习班培训讲义黑龙江省电力科学研究院2006年7月专心-专注-专业目 录第1章 振动测试技术及仪器第1节 振动测试内容汽轮发电机组是电厂最重大的关键设备，机组振动水平是直接反映机组安全运行的重要指标之一。无论是新机组调试还是已投入运行的机组，或是服役多年的机组，都必须掌握机组振动状况，尤其是当机组振动出现异常情况时，对机组振动的测试则更为重要，而要获得正确可靠的测试结果，首先要了解振动测试仪器的各项性能，还要熟悉振动测试的基本概念和具体测试方法，更需要掌握一定的振动测试实践经验。首先介绍一下机组振动测试有哪些具体内容。1.1 新机组投
2、运中的振动测试 新机组启动调试阶段的振动测试，是对新机组制造和安装质量的检验，此阶段的振动测试数据作为该机组的振动原始资料，为今后正常运行提供判断故障的依据。新机组投运期间的振动测试通常需要测试的项目包括：低转速时的振动，各阶临界转速的实测数据和通过临界转速时的最大振动数据，额定转速时的振动数据，超速试验时的振动数据，带负荷过程的振动数据，如有可能还应测量记录轴振的振幅和相位。1.2 运行中的振动监测机组运行中的振动监测是了解机组振动状态随时间变化的情况，通过振动监测，取得机组有可能发生故障的信息。目前多数电厂采取的方法为：对于安装有振动监测保护装置的机组，振动数据进入数据自动采集系统，由数采
3、系统自动记录并可打印；对于没有安装振动监测保护装置的老机组，正常运行时采用每天或每周测量一次，振动数据作为该机组的历史资料予以保存。机组大修前停机的振动数据，以及大修后启动时的振动测试数据应作为重要的资料予以保存。1.3 振动试验中的振动测试 当机组的振动水平超过正常值时，也就是说机组存在振动问题时，为了分析引起机组振动增大的原因和判断振动性质，需要进行一些专门的试验，试验中测试的内容根据需要而定。通过在现场进行的振动试验，有时能很快找出振动原因，采取针对性措施而消振；但有时振动情况复杂，需要反复进行多次试验研究，经过一段时间，才能找对振动原因从而采取针对性消振措施；甚至有的机组振动问题需要多
4、方专家会诊。总而言之，机组振动问题充满个性又非常复杂，可以说，每一台机组的振动问题都是具有其独特性的，因此，现场测试和试验也应因事而易，只有积累了丰富的实践经验才能真正在振动试验中获得有价值的信息。1.4 动平衡中的振动测试 质量不平衡是引起机组振动的主要原因之一，现场高速动平衡已成为消除振动的常用手段，动平衡试验中振动测试是为了计算平衡重量提供可靠的数据，一般需要测量基频振幅和相位及通频振幅，而测取通过第一阶临界转速时的振幅和相位尤其重要。如果机组的振动与负荷等运行参数有密切关系，还需要测取不同工况下振幅和相位。1.5 研究性的振动测试 为了对机组设计、制造、安装和运行中发生的振动问题进行探
5、讨和研究，往往需要进行一些研究性的振动测试，例如有的机组发生基础共振，需要对机组的结构、基础、大梁等进行模态分析试验，这种大型的试验往往需要众多的单位协同作战攻关，有时大型振动试验需要比较长的时间才能初见成效。第2节 传感器进行振动测试除了要掌握振动基本概念以外，很重要的一点是对测振仪器 要有相当的了解，这样才能清楚地有的放矢地测量所需要的数据，并进行数据处理，最终对振动做出分析诊断。目前现场测量振动绝大多数是用电气式测振仪器进行的。测振仪器由传感器和仪表本体两个部分组成。振动传感器也称拾振器，它的主要功能是把机械振动转化成电信号，输入仪表本体进行处理后，指示振幅、相位、频率或频谱等。振动传感
6、器按工作原理分，有电涡流型、速度型、加速度型、电容型、电感型五种，目前在现场使用的主要是前三种。2.1 电涡流传感器电涡流传感器的外形如图所示，当传感器头部线圈通上高频（1-2MHz）电流时，在线圈周围产生高频电磁场，此交变磁场通过邻近的金属板在其表面产生感应电流，即电涡流。根据楞次定律，电涡流产生的电磁场与原线圈的电磁场方向相反，这两个电磁场相互叠加，改变了原线圈的阻抗，线圈阻抗的变化值与金属材料电导率，线圈尺寸r，磁导率、线圈与金属板之间举离d、流过线圈的电流I及其频率有关，当、r、I和一定时，并假设金属导体是均匀的，其性能为线性，而且各向同性，则线圈阻抗变化值便是线圈与金属之间距离d的单
7、值函数。电涡流传感器外形1-头部线圈 2-螺母 3-引出线将传感器的涡流线圈接入振荡回路，振荡回路输出一个与d值有关的高频谐波，经高频放大、检波、滤波后，便可得到一个与d值大小成正比的输出电压。输出电压的直流分量表示线圈与金属之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在振动，则有交流电压输出，它表示金属板相对于线圈的位移值，因此这种传感器又称位移传感器。它不但可作静态测量，而且还可以作动态测量。电涡流传感器检测到的交直流信号是叠加在线圈的高频电源上的，如果直接将这种混频信号送到振动仪，即使采用高频电缆，也会使传感器灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这些不利影响，必须在电涡流传感器附近设置放大器、检
8、波器和滤波器，将振动信号放大并检出后送到振动仪，这一装置称为电涡流传感器的前置器。前置器到电涡流传感器这段高频电缆，是由制造厂精心调配好的，不同型号或不同系列的传感器不能互换，目前最长达10m，但凡是配置了延长线的电涡流传感器，使用时必须将延长线接上否则仪表指示值和零位与实际不符。2.2 速度传感器速度传感器是目前较常用的一种振动传感器，它的工作原理实际上是一个往复式永磁小发电机。按其支承系统工作原理分，有绝对式和相对式两种。绝对式速度传感器的结构如图所示，当传感器的外壳固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的动线圈是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率较
9、低。当振动物体的振动频率时，动线圈处在相对（相对于传感器外壳）静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电动势E式中 B-磁场强度 L-感应线圈导线长度 v-相对运动速度。当B、L一定时，输出电动势E正比与振动速度v，所以称它为速度传感器。有因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称为绝对式速度传感器，或称为地震式速度传感器。相对式速度传感器工作原理和绝对式速度传感器基本相同，不同的是动线圈采用较硬的簧片和外壳固定，与动线圈直接相连的拾振杆伸出传感器外壳，测量振动时将拾振杆直接压在振动物体上，传感器外壳固定在支架上，测量的振动是表示支架相对于物体的振动，所以称
10、它为相对式速度传感器。由于拾振杆与振动物体存在摩擦，因此这种传感器目前很少采用。不论是绝对式还是相对式速度传感器，若要取得与振动位移成正比的振动信号，传感器输出的信号必须经过积分回路，这种电路一般都设在仪表本体内，但少数振动仪将这一电路单独分离出来，称它为速度/位移转换器，如美国本特利的速度传感器附带这种转换器，而仪表本体内还设有积分电路。这种外设积分电路给记录振动位移信号带来方便，但投资也相应增加2.3 加速度传感器加速度传感器利用压电材料（如石英、陶瓷等）的压电特性，当有外力作用在这些材料上时便产生电荷，输出电荷与振动加速度成正比，所以称为加速度传感器。加速度传感器不能作为静态测量，只能作
11、为动态测量。采用加速度传感器要获得振动速度信号，必须经过一次积分，要获得振动位移信号，必须经过两次积分，由此使原来的振动信号衰减98%以上，灵敏度显得不足，而且受外界干扰影响较大，所以加速度传感器结构虽然简单，而且特别牢靠，但在汽轮发电机组振动测试中一直没有得到广泛的应用。2.4 复合式传感器 目前汽轮机监测装置上用得比较多的一种测量振动的传感器是复合式传感器。复合式传感器是涡流传感器和磁电式速度传感器复合而成，即将速度传感器和涡流传感器安装与同一个刚性装置中，测量同一个测点的振动，速度传感器测量得到的是轴承处外壳的绝对振动，而涡流传感器测量得到的是轴的相对振动，这两个测量量同时送入测量仪器中
12、进行矢量相加，则可得到转轴的绝对振动位移量。这种复合式传感器可以测量到涡流传感器安装点的间隙、转轴相对于轴瓦的相对振动、转轴的绝对振动、轴瓦的绝对振动。由于复合式传感器与二次仪表配合起来可测量的振动信息比较多，因此得到广泛的应用。但是复合式传感器的安装需要制造厂在轴瓦上留有安装孔，通常新机组在制造厂就留有安装复合式传感器的位置，并且复合式传感器的金属延长杆件在制造厂也已配置好，而一些老机组改造时要加装复合式传感器有一定的难度。2.5 传感器的选择目前较先进的振动仪可以分别配有电涡流传感器、速度传感器和加速度传感器。在机组振动测试中合理地选择振动传感器，不但可以获得满意的测量结果，节省劳力和时间
13、，而且对于尽快查明振动故障原因，提高转子平衡精度和减少机组启停次数，都有着重要作用。合理地选择传感器主要考虑两个方面：一是传感器性能；二是被测对象的条件和要求，只有两者很好地结合，才能获得最佳效果。对于测量汽轮发电机组振动来说，电涡流传感器和速度传感器都是需要的，但是在一般测试中，由于电涡流传感器安装麻烦，要求很严格，而且费时，故尽可能以速度传感器替代，但在某些振动故障诊断中及当转子质量与定子质量之比小于1/10时，如汽轮机高压部分，应采用电涡流传感器测量转轴振动；相反，当转子质量与定子质量之比值较大时，如汽轮机低压和发电机部分，应采用速度传感器测量轴承振动或测量转轴绝对振动。现将电涡流传感器
14、和速度传感器的主要特性和优缺点归纳如下，供选用时参考。2.5.1 电涡流传感器2.5.1.1可以直接测量转轴振动，而且能作静态测量，适用于绝大多数机器的环境条件。2.5.1.2输出信号与振动位移成正比，对于采用振幅描述振动状态的大多数机器来说，它可以获得较高的输出信号。2.5.1.3结构简单、尺寸小，对于汽轮发电机组振动来说，具有合适的频响范围，标定较容易。2.5.1.4除测量振动和部件静态位置外，还可测量轴中心的位置，启动过程中轴中心的移动轨迹，轴中心的变化等。此外，还可以作为转速测量和振动相位测量的键相信号。2.5.1.5当测量振动物体材料不同时，影响传感器线性范围和灵敏度，需要重新标定。
15、2.5.1.6需外加电源，安装比较麻烦，要求十分严格，而且必须配前置器。2.5.2 速度传感器2.5.2.1安装简单，可适用于绝大多数机器的环境条件。2.5.2.2不需要外加电源，振动信号不经任何处理可以传送到需要的地方。2.5.2.3体积、质量较大，活动部件易损坏，低频响应不好，一般速度传感器在15Hz以下，将产生较大的振幅和相位误差，这种影响在3时才完全消失（为传感器的自振频率）。2.6 振动传感器的安装振动传感器安装正确与否，直接关系到振动测量结果，不正确的安装，还会造成传感器的损坏，下面介绍涡流传感器和速度传感器的安装方法。2.6.1 涡流传感器涡流传感器是振动传感器中最复杂的一种，在安装中要考虑一下几点：2.6.1.1 初始间隙。各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器是必须调整好合适的初始间隙。根据电涡流传感器特性曲线，用于振动测量的传感器静态最大量程不能大于2.5 mm，动态下为了获得较好的线性度，其工作间隙应在0.32.8 mm范围内，即仪表所指示间隙电压为216V，因此传感器工作点的选择应为静态时安装间隙电压为11V左右。2
