文档介绍：第六讲汽轮机组常见横向振动故障的诊断
振动是汽轮机组状态最常见的外部表现形式。振动信号中包含了丰富的机组状态信息。当机组的状态发生变化时,其振动形态也将随之发生改变。利用适当的数学方法,对振动信号进行分析,可提取反映机组状态的信息。本讲主要讨论如何利用振
动信号来诊断汽轮机组的故障。
第一节转子不平衡故障的诊断
转子不平衡是汽轮机组最为常见的故障,统计分析表明,汽轮机组的大部分振动是与转速同步的振动信号。引起汽轮机组同步振动的原因可能有原始质量不平衡、转子热不平衡、转子热弯曲、旋转部件脱落、转子部件结垢等。这些原因都将导致转子的不平衡。不同原因引起的转子不平衡故障的规律基本相近,但也各有特点。
一、转子质量不平衡
转子质量不平衡故障产生的机理是,转子的各横截面的质心连线与各截面的几何中心的连线不重合,从而使转子在旋转时,各截面离心力构成一个空间连续力系,转子的挠度曲线为一连续的三维曲线。这个空间离心力力系和转子的挠度曲线是旋转的,其旋转的速度与转子的转速相同,从而使转子产生工频振动。
当转子有质量不平衡故障时,在不平衡力的作用下转子将发生振动,振动的主要特征有:
(l) 转子的振动是一个与转速同频的强迫振动,振动幅值随转速按振动理论中的共振曲线规律变化,在临界转速处达到最大值。因此,转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大。同时,出现较小的高次谐波,整个频谱呈所谓的“枞树形”。
(2)在一定的转速下,振动的幅值和相位基本上不随时间发生变化。
(3)轴心运动轨迹为圆形或椭圆形。
(4)动态下,轴线弯曲成空间曲线,并以转子转速绕静态轴心线旋转。
对于汽轮机组而言,无论其平衡状况有多么好,总是或多或少地存在质量不平衡。所以,其振动频谱中始终有一倍频分量,这种情况是允许的。这里有必要引入一个判断转子出现不平衡故障的标准。
当转子出现不平衡故障时,转子的整体振动水平肯定会超标。在转子振动水平超标的情况下利用如下方法来判断转子是否出现了不平衡故障:设诊断开始时与转速同步的振动矢量为XN,通频矢量为XM,当满足( =),且振幅和相位不随时间发生变化时,机组存在转子质量不平衡故障。
二、转子初始弯曲
所谓转子初始弯曲,是指在冷态和静态条件下,转子各横截面的几何中心线与转子两端轴承的中心连线不重合,从而使转子产生偏心质量,导致转子产生不平衡振动。
有初始弯曲的转子具有与质量不平衡转子相似的振动特征,所不同的是初弯转子在转速较低时振动较明显,趋于弯曲值。在汽轮机组中,通常用盘车时和盘车后测量到的晃度的大小来判断转子是否存在初始弯曲。
三、转子热态不平衡
在机组的启动和停机过程中,由于热交换速度的差异,使转子横截面产生不均匀的温度分布,使转子发生瞬时热弯曲,产生较大的不平衡,从而使转子产生振动。
转子热态弯曲引起的振动一般与负荷有关,改变负荷,振动相应地发生变化,但在时间上较负荷的变化滞后。随着盘车或机组的稳态运行,整机温度趋于均匀,振动会逐渐减小。
(1)转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似。
(2)振动的幅值和相位随负荷发生变化。
(3)在一定的负荷下,振动的幅值和相位随时间发生变化。
(4)轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。
当转子振动值超标,且式满足的情况下,若振幅和相位随时间发生变化,则说明转子存在热态不平衡故障。
四、转子部件脱落
平衡状况良好的转子在运行中突然有部件脱落时,会引起转子质量不平衡,在不平衡质量的作用下会使转子发生振动。当脱落的部件质量相当大时,会使转子出现严重的质量不平衡,从而使转子的振幅值突然增大。尤其是,若转子的振幅值非常大时,就会导致二次事故的发生。
(1)转子部件脱落后,转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似。
(2)转子部件脱落的前后,振动的幅值和相位突然发生变化。
(3)部件脱落一段时间后,振动的幅值和相位趋于稳定。
(4)轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。