機(jī)組振動基礎(chǔ)知識的講解

1、機(jī)組振動基本概念1 振動：物體偏離平衡位臵，出現(xiàn)動能和位能的連續(xù)相互轉(zhuǎn)換的往 復(fù)運(yùn)動形式稱振動。受一次沖擊力產(chǎn)生的振動自由振動：受 周期性的 變化力 產(chǎn)生的振動受迫振動。2 振動的描述：振幅；頻率；相位；方向。3 振幅：單向振幅振動極限位臵與平衡位臵之間的距離； 雙向振幅振動兩極限位臵之間的距離， 也稱峰峰值；4 頻率：每一秒鐘振動的次數(shù)；通頻最大振幅的振動頻率； 基頻振幅最大的正弦振動頻率； 分頻某一振動中各種正弦振動的頻率5 相位：振動信號最大值與轉(zhuǎn)子謀一點(diǎn)的相對位臵；6 方向：橫向；軸向；扭轉(zhuǎn)。二、機(jī)組產(chǎn)生振動的原因機(jī)組轉(zhuǎn)子受 周期性的不平衡力 產(chǎn)生受迫振動，產(chǎn)生不平衡力的原因很 多,

2、按力的性質(zhì)可分為：1 不平衡離心力轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心不重合產(chǎn)生的不平 衡離心力或不平衡力矩，周期性變化；2 發(fā)電機(jī)不平衡的電磁力轉(zhuǎn)子磁場與靜子磁場間不平衡作用力；3 軸承油膜不平衡的作用力4 蒸汽對轉(zhuǎn)子作用的不平衡周向力 受迫振動的特點(diǎn)是：振幅大小與激振力成正比；振動頻率等于激振力 的頻率；振動相位于激振力的相位有關(guān)；作用在轉(zhuǎn)子上的不平衡力或力矩，不可能完全消除，只能設(shè)法減小。 因此，機(jī)組的振動不可避免，只要振幅不超過允許值，不影響安全運(yùn)行。 但軸承支撐剛度不足，可能使振幅放大，原來合格的振動變?yōu)椴缓细?。一般廠家保證：額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時，軸承座的雙振幅值不大于 0.025mm，軸頸相對振

3、動的雙振幅值不大于 0.076mm；在通過臨界轉(zhuǎn)速時， 各軸承座雙振幅值不大于0.08mm，各軸頸相對振動雙振幅值不大于0.24mm。若出現(xiàn)異常振動，表明存在機(jī)械故障，影響安全運(yùn)行。三、機(jī)組振動的危害1動靜部分摩擦、轉(zhuǎn)子彎曲；2軸承磨損，軸承脫胎；軸承座緊固螺釘松動； 3凝汽器管束和主油泵零件損壞。4發(fā)電機(jī)振動過大， 滑環(huán)和電刷磨損加劇， 靜子槽楔松動、 絕緣磨損。四、機(jī)組振動的測量 無法測量直接轉(zhuǎn)子的最大振幅 過去測量軸承座的振動振幅。 雖然軸承座的振動與轉(zhuǎn)子的振動成比例， 但受軸承座剛度的影響，不能真實(shí)地反映轉(zhuǎn)子的振動狀況。現(xiàn)在機(jī)組采用 渦流位移傳感器測量軸頸相對軸承座的振動和軸承座的振動

4、。測量軸頸相對振動的振幅會出現(xiàn)機(jī)械偏差， 即軸頸圓周表面的橢圓度、 偏心率、剩磁，或材質(zhì)不均等引起的偏差。一般可以通過扣除偏心率的方 法修正，但對彈性熱彎曲引起的誤差無法估量。五、機(jī)組振動的評價1 以振幅大小評價對 3000rpm 機(jī)組：軸頸相對振動的振幅： 0.08 mm，正常； 0.12 0.16 mm，合格： 0.18 0.26 mm，限時運(yùn)行。一般： 0.12 mm，報警； 0.24 mm，跳閘。軸承座的振幅： 0.03 mm，正常； 0.05 mm，合格； 0.08 mm， 限時運(yùn)行。一般： 0.05 mm，軸頸的絕對振動的振幅是軸頸相對振動振幅和軸承座振幅的矢量和。軸頸絕對振幅 0

5、.1 mm，正常；0.15 0.2 mm，合格： 0.25 0.32 mm， 限時運(yùn)行。2 以振動速度大小評價振動強(qiáng)度，單位：mm/ S。振動速度與振動的振幅和頻率成比例，由于測量的是 通頻振動 ，因此要進(jìn)行頻譜分析，求出各分頻的振動，再求各分頻振動速度的均方根。VT1 Vi2 t dt振動強(qiáng)度的評價方法，由于需要頻譜分析和計算，只有在檢測系統(tǒng)直 接給出振動速度，才能作為評價標(biāo)準(zhǔn)。六、振動故障的診斷振動故障的診斷，要找出振動的特點(diǎn)和觀察有關(guān)現(xiàn)象，進(jìn)行分析，判 斷產(chǎn)生振動的原因和部位，決定相應(yīng)的消除異常振動的方法。一般要作 轉(zhuǎn) 速試驗(yàn) ，負(fù)荷試驗(yàn) ，真空試驗(yàn) ，進(jìn)行振動的 頻譜分析 。獲得機(jī)組振

6、動的 特 性振幅、頻率、相位的變化規(guī)律。1 不平衡質(zhì)量力激起的振動特點(diǎn)機(jī)械激振力引起強(qiáng)迫振動：轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡、轉(zhuǎn)子撓曲、轉(zhuǎn)子連接 和對中心的缺陷；動靜部分摩擦；鉚接圍帶脫落、葉片斷裂。1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 : 振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比 ；通過臨界轉(zhuǎn)速時振動 明顯加?。蛔畲笳穹?相位 隨轉(zhuǎn)速變化而變化。通過臨界轉(zhuǎn)速時振幅明顯加大；每一次的相位相對固定，通過臨界轉(zhuǎn)速前后 相位變化換向 。（ 圖）2tg2/n11 ( n / 1)2轉(zhuǎn)子重量 mg 產(chǎn)生靜繞度 Y0，形成彈性恢復(fù)力 kY0，kY0=mg，方向相反，相互平衡，轉(zhuǎn)子繞靜橈度曲線旋轉(zhuǎn)。若轉(zhuǎn)子有不平衡質(zhì)量力 em2，在 旋轉(zhuǎn)時與重力 mg 合成

7、一個周期性變化的作用力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生受迫振動， 而振動又產(chǎn)生阻尼力 A。質(zhì)量力 em2 和阻尼力 A的合力 P 與重力合 成周期性變化的力，激起轉(zhuǎn)子振動（彈性恢復(fù)力 kh 變化），振幅為 A（ h變化的測量值），其最大值的相位與不平衡質(zhì)量力的夾角 。隨著轉(zhuǎn)速增加， em2增大與轉(zhuǎn)速平方成正比，而 A 增加的速率與 3成正比，大于 em2 的速率，故隨轉(zhuǎn)速贈加，振幅 A 增大, 夾角 也相應(yīng)增大；振動頻率與轉(zhuǎn) 速一致。轉(zhuǎn)速趨近臨界轉(zhuǎn)速時，振動頻率與轉(zhuǎn)子自振頻率趨向一致 , 形成共 振, 振幅 A最大，夾角 趨近 90 （是平衡加重位臵的依據(jù) ） 。轉(zhuǎn)速超過臨 界轉(zhuǎn)速，夾角 大于 90，最大振幅的相

8、位（合成力的相位）與質(zhì)量偏心 的相位逐漸反向，合成力逐漸減小，振幅 A 逐漸減小。2）轉(zhuǎn)子彎曲：造成質(zhì)量偏心 , 其振動特點(diǎn)與質(zhì)量不平衡相似 , 但振幅與彎曲的繞度大小有關(guān) , 轉(zhuǎn)子晃度變化（增大）；臨界轉(zhuǎn)速下振幅的 相位與晃 度的相位有關(guān)。若發(fā)生摩擦?xí)r , 振動波形中有高次諧波；3）轉(zhuǎn)子對中不良；轉(zhuǎn)子找中心是保證運(yùn)行時，其中心線是一條連續(xù)光 滑的自然垂弧。對中不良是指“兩聯(lián)軸節(jié) 中心錯位，或其端面 張口不合適”。 對于通過止口連接的聯(lián)軸節(jié)，只要止口同心，可以保證中心不錯位，但要 考慮其兩側(cè)軸承座在運(yùn)行中標(biāo)高變化是否一致。其端面 張口 是在端面垂直于中心線的前提下，考慮運(yùn)行中軸承座標(biāo)高的變化。

9、若兩側(cè)軸承座在運(yùn)行 中標(biāo)高增加，安裝時則留下張口；反之，則留上張口。若兩側(cè)軸承座在運(yùn) 行中標(biāo)高變化不一致，安裝時則預(yù)留適當(dāng)?shù)?中心錯位。 轉(zhuǎn)子對中不良，運(yùn) 行時，其中心線不是一條連續(xù)光滑的自然垂弧，其特點(diǎn)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量靜不平 衡的振動相同。中心錯位 上張口 下張口本機(jī)組轉(zhuǎn)子采用單軸承支撐，且各軸承座落地，運(yùn)行中軸承中心基本 不變。安裝找中心時不必留張口和中心錯位，運(yùn)行的穩(wěn)定性也較好。2 電磁不平衡力激起的振動特點(diǎn)電磁激振力引起的強(qiáng)迫振動：轉(zhuǎn)子線圈匝間短路，磁場偏心；轉(zhuǎn)子和 定子徑向間隙不均勻；定子鐵芯在磁力作用下發(fā)生激烈的振動，改變轉(zhuǎn)子 和定子徑向間隙；電磁不平衡力產(chǎn)生的振動，在機(jī)組并網(wǎng)后才會產(chǎn)生

10、，振 幅隨勵磁電流 的增加而增大。1）轉(zhuǎn)子線圈匝間短路，轉(zhuǎn)子磁場偏心，振動頻率與轉(zhuǎn)速一致，電壓波形零線偏移；2）轉(zhuǎn)子相對靜子幾何偏心，對 3000rpm 機(jī)組，振動的頻率為 工頻的 兩倍；3）轉(zhuǎn)子風(fēng)道阻力不均 , 產(chǎn)生熱彎曲而引起的振動。振幅也隨勵磁電流 的增大而增大，且振幅的變化滯后于勵磁電流的變化（熱量傳遞） ，振動頻 率為工頻；4）發(fā)電機(jī)靜子剛度不足：周期性變化的電磁力，激起靜子振動，改變 周向間隙，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生耦合振動，振動的頻率是工頻的兩倍 ，但靜子的振幅較大。3 軸承油膜振蕩的特點(diǎn)1）原因 ：在圓筒軸承輕載、軸頸表面線速度高的條件下，油膜對軸 頸的作用力大于軸頸重力和科氏力的合力，使

11、軸頸向上浮動，產(chǎn)生弓形渦 動，渦動的頻率為轉(zhuǎn)速的 1/2 。若渦動的頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速合拍，形成 油膜振蕩。多油楔可傾瓦軸承一般不會出現(xiàn)油膜振蕩。2）特點(diǎn)： 升速過程中振動含有 1/2 轉(zhuǎn)速的分量，在轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子臨 界轉(zhuǎn)速兩倍時，突然出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，振動頻率等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，且在 一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振幅和頻率不隨轉(zhuǎn)速的升高而改變；油溫升高，振幅減小 或正常。3）處理：適當(dāng)提高軸承進(jìn)油溫度；改變軸瓦長度或垂直間隙；采用多油楔可傾瓦軸承 （承載能力較?。〆汽流自激振蕩引起的振動：由于調(diào)節(jié)閥開啟，或汽封間隙不對稱，周 期性的不平衡蒸汽力誘發(fā)的共振，振動頻率與某一階臨界轉(zhuǎn)速一致。只可 能發(fā)生在大功率汽輪機(jī)

12、的高壓轉(zhuǎn)子，且在負(fù)荷達(dá)一定值產(chǎn)生，降低負(fù)荷， 振動消失。5 軸承支撐剛度削弱，振動被放大，或使轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速降低，落入 共振；支撐剛度不足的振動：軸承振幅沿垂直方向隨標(biāo)高逐漸增大，且在 剛度削弱處振幅突變；其振動特性與激起振動的原因有關(guān)。七、異常振動的防止和處理1. 消除異常振動產(chǎn)生的隱患1）精心安裝和檢修，保證質(zhì)量： 臺板標(biāo)高正確，接觸良好；管道連接受力符合要求；保證機(jī)組膨脹 自如，支撐剛度合格。 消除葉片葉根松動；清除葉片積垢； 轉(zhuǎn)子找中心、 隔板找中心和汽封間隙調(diào)整符合要求； 考慮軸承座標(biāo) 高實(shí)際變化和轉(zhuǎn)子告訴旋轉(zhuǎn)時軸心偏移，保證運(yùn)行中滿足轉(zhuǎn)子自然垂弧的要求，動、靜部分同心 調(diào)整軸承間隙和

13、緊力符合要求，墊塊接觸合格。 必要時進(jìn)行高速動平衡。2）嚴(yán)格按規(guī)程要求啟動運(yùn)行 機(jī)組沖轉(zhuǎn)前按要求連續(xù)盤車直軸，使偏心率符合啟動要求； 控制潤滑油溫、 油壓和凝汽器真空、 排汽溫度符合啟動、 運(yùn)行要求； 15% 以下加強(qiáng)疏水，防止汽輪機(jī)進(jìn)水或進(jìn)冷汽。 停機(jī)后連續(xù)盤車，至少要間斷盤車；無法盤車，只有等待。2異常振動的處理在升速中速范圍（非臨界轉(zhuǎn)速）內(nèi)，任一軸承振幅達(dá)0.04 mm，不允許繼續(xù)升速；升速過程產(chǎn)生異常振動，應(yīng)立即降速至振幅的允許范圍進(jìn) 行暖機(jī)，直至連續(xù)盤車。查明原因，消除后，才允許升速。 在帶負(fù)荷運(yùn)行時，產(chǎn)生異常振動，應(yīng)立即降負(fù)荷；仍不能消除異常 振動，則解列降速暖機(jī)，直至盤車狀態(tài)，或

14、直接打閘停機(jī)。 無論機(jī)組處于何種運(yùn)行狀態(tài)， 在振動異常之前或之后機(jī)組內(nèi)有金屬 撞擊聲或摩擦聲，應(yīng)立即破壞真空緊急停機(jī)，進(jìn)行連續(xù)或間斷盤車。3異常振動原因診斷1）按異常振動出現(xiàn)的階段 在升速階段異常振動原因：不平衡離心力或力矩隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律其他特征； 油膜振蕩兩倍臨界轉(zhuǎn)速左右突然產(chǎn)生異常振動。 帶負(fù)荷階段異常振動原因：發(fā)電機(jī)不平衡電磁力與負(fù)荷（勵磁電流）關(guān)系振動頻率； 轉(zhuǎn)子熱彎曲高壓缸、高負(fù)荷頻率（某一臨界轉(zhuǎn)速）汽流激振；2）按異常振動特性振幅、頻率、相位和其他特征 依據(jù)前述各種原因引起振動的特點(diǎn)，對照分析。3）故障診斷系統(tǒng)振動數(shù)據(jù)測量 （每個振動周期測 32個振幅數(shù)據(jù)） 進(jìn)行頻譜分析邏 輯運(yùn)

15、算（模糊運(yùn)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)）振動原因、部位處理措施。4. 消除振動的措施 按診斷的缺陷進(jìn)行消除1）轉(zhuǎn)子彎曲盤車直軸無效大修直軸（應(yīng)力松弛法） ；2）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡檢查、清除積垢高速動平衡（多次） ；3）轉(zhuǎn)子找中心不良調(diào)整軸承中心標(biāo)高， 改變張口和中心錯位 （難）；4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路大修換線棒；5）發(fā)電機(jī)磁隙周向不均調(diào)靜子位臵（保持轉(zhuǎn)子位臵） ；6）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)道積灰小修清除；7）油膜振蕩適當(dāng)提高潤滑油溫若無效，停機(jī)，小修加寬回油槽；8）汽流激振改變調(diào)節(jié)閥開啟順序若無效， 停機(jī)，大修調(diào)汽封間隙；八、異常振動處理實(shí)例1 平圩電廠 2號機(jī)（亞臨界 600MW ）1992年 7月 22日首次

16、啟動沖轉(zhuǎn)，發(fā)出異常振動。測得振動最大振幅：軸承號56781011轉(zhuǎn)速 rpm2560265026792760184019209振幅 mm0.290.280.140.280.450.28診斷為：軸系對中不良，動不平衡。找中心調(diào)整，歷時 40天；找平衡配重 8 次，歷時 15天；除 10 號軸承軸頸 0.09mm 外，其余均小于 0.076mm，正常。2 綏電一期俄羅斯 800 MW 五缸六排汽機(jī)組， 400 MW 由單閥調(diào) 節(jié)（四閥同步開啟）切換為順序閥調(diào)節(jié)（ 1、2 閥全開，逐步開 3閥，再開 4閥）。2000年五月九日，負(fù)荷在 650700 MW ， 1瓦突然出現(xiàn)異常振動， 0.0150.0

17、5mm,主要分頻： 21 22Hz，后波及其他軸瓦，測量結(jié)果如下：軸承號1234567891011121314油膜壓力 MPa1.022.021.892.502.682.532.242.662.411.712.863.30回油油溫5248505354635457566263585052水平振幅 mm.032.036.035.016.036.035.024.049.050.039.045.022.027.041垂直振幅 mm.049.029.032.022.014.023.016.012.030.019.035.018.024.042軸承解體： 1 瓦有磨損， 2、6瓦塊與洼窩有 0.115 0

18、.12mm的間隙修括阻油邊、補(bǔ)焊消除間隙，再次啟動，振動未仍正常。 后改變調(diào)節(jié)閥開啟順序，振動合格。 3 哈電三廠 4 號機(jī)（亞臨界 600MW ） 1999 年 10月 21日首次啟動， 1820rpm，11號軸頸振幅 0.39mm； 21602280rpm，5、6、7、8 號軸頸 Y 向振幅較大， 7 號達(dá) 0.27mm; 3000rpm，它們振幅仍較大，而且 X 向的振幅更大，波動達(dá) 0.04mm。 超速試驗(yàn) 3180時， 7號最大振幅達(dá) 0.5mm，轉(zhuǎn)速再升后減小。 7 號 瓦嚴(yán)重磨損，頂軸油管斷裂；10 測振探頭支架固有頻率為 50 53Hz，出現(xiàn)共振，造成測量誤差； 重新找中心，振動基本合格。4 漢川電廠 1 號機(jī)（亞臨界 300MW ）勵磁機(jī) 3000rpm 強(qiáng)烈振動，其共振。5 平圩