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转子质量不平衡导致的汽轮发电机组振动

2020-7-9 10:28:11      点击:

转子质量不平衡导致的汽轮发电机组振动


   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80%。随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高,这类故障的发生串正在逐渐减少,过去国内大型汽轮机厂中只有个别厂 家可以对大型汽轮机转子进行高速动平衡,现在几乎全部厂家都可以做。至于发电机转子的高速平衡,各电机厂早已能够进行。现场检修过程中的转子平衡方法也在 不断改进。低速动平衡有些电厂已经抛弃了老式的动平衡机,取而代之是使用先进的移动式动平衡机。即便如此,质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。



一、转子质量不平衡的一般特征
机组转子、轴系存在质量不平衡的最关键的特征是主要成分,具体表现如下:
(1)量值上,工频振幅的绝对值通常在30%以上,相对于通频振幅的比例大于80%。
(2)工频振幅为主的状况应该是稳定的,这包括:
1)各次启机;
2)升降速过程;
3)不同的工况,如负荷、真空、油温、氢压、厉磁电流等。
(3)工频振动的相位同时也是稳定的。
在 工频振幅占主要成分的前题下,判断质量不平衡的第二个主要依据是这种状况的重复性。只要振动是质量不平衡造成的,工频振动的幅值与相位随转速的变化以及定 速后随时间的变化规律是稳定的,重复性很好。即使不平衡不是转子的原始不平衡,而是来自转子的热弯曲或转动部件的松动等,现象也基本是重复的。除非是由于 其它原因造成的工频振动特征,如中心孔进油或动静碰摩。
这 里反复提到的“工频为主”,主要是指在工作转速下。在升降速过程中,情况略为复杂。存在质量不平衡的转子过临界转速时的工频共振峰的高低取决于转子上存在 的不平衡质量的形态。第一阶模态不平衡除了影响工作转速的工频振动,还要在过第一临界转速时有明显的表现,而在过其它各阶临界转速时没有反应.各阶模态不 平衡有同样的规律。
这 样,如果转子上存在的不平衡模态阶数高于工作转速下的临界转速,则在过临界转速时不会呈现共振响应。如某转子第一临界转速是1600r/min,第二临界 转速高于3000 r/min,转子上存在第二阶模态不平衡,即反向不平衡,升速过1600r/min时共振峰不会高,接近3000r/min时该转子的两轴承工频振动会明 显增大,相位会趋于反向。由此可以判断转子上存在的不平衡模态。
有时,存在过大不平衡的转于升降速波特图会出现一些特殊现象,给振动原因的判断带来假象。
与 质量不平衡类似的一个最常见的假象是结构共振。转速接近3000r/min时,工频振幅直线上升,如果超速,在略高于3000r/min的转速可能还存在 不大不小的峰。以这个峰为理由,很可能错误地判断这里存在结构共振。在进行了高质量的平衡,降低了轴承的振动后可以发现,原有的峰也随之消失。


二、转子质量不平衡的分类特征
汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个:原始不平衡;转动过程中的部件飞脱、松动以及转子的热弯曲。原始不平衡是主要原因。现对这些不同形式的不平衡振动特征分别介绍。
(一)原始质量不平衡
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。这种不平衡的特点除 了上面介绍的振幅和相位的常规特征外,它的最显著持征是“稳定”,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。具体所测的数据中,在同一转速,工况相差不大时,振幅波动约20%,相位在10º20º范围内变化 的工频振动均可以视为是稳定的。
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。大修后的机组,如果较大修前工频振动变 大.则表明大修中必然动过转子部件,如换叶片、拔护环等。反之,如果转子上的部件没有任何变动而出现了工频振动大的情况, 则应仔细分析原因。
(二)转动部件飞脱和松动
汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。
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。
某电厂的200MW11号机组1998年底大修后启机,3、4号轴承振动大进行动平衡,接长轴联轴器加重1600g,用两个M14的螺钉固定,升速到 2600r/min时,3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。2600r/min平衡块飞前3号轴振为 179µm<14º,瓦振为41µm<69º,飞后3号轴振为220µm<60º,瓦振为47µm<118º,平衡块飞脱使得轴 振和瓦振相位变化约60º,轴振振幅增加40µm,瓦振振幅增加6µm。 
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。
(三)转子热弯曲
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。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。
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。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,较快地减负荷,不解列打闹情走,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。
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。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。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,工频振动大的现象也会随之自行消失。
排气缸温度过高导致瓦振工频振幅增大是远行中时而发生的另一种现象。从原理上分析,它也使转子出现热弯曲。
发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一侧温度高于对面一侧,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大,表现最明显应该在过一阶临界转速时的工频振动增大。

相关配套部件:振动传感器,加速度传感器,电涡流传感器,转速传感器等,请继续查阅。