汽轮发电机组摩擦振动故障的诊断与防止

核心提示：　　1汽轮发电机组摩擦振动故障的诊断与防止中国电力国际有限公司北；！100005曹焰华北电力科学研究院有限责任公司北克1451徐智京振动及由其引发的大轴弯曲事故时有发生为此介绍从摩擦引起的热弯曲效应；

　　1汽轮发电机组摩擦振动故障的诊断与防止中国电力国际有限公司北；！100005曹焰华北电力科学研究院有限责任公司北克1451徐智京振动及由其引发的大轴弯曲事故时有发生为此介绍从摩擦引起的热弯曲效应；运亍转速和临界转速处于4种不同情况时，发生摩擦振动的不同现象和后果；轻微和严重摩擦故障的不同特正；摩摇振动故障的诊断及实例等最后，指出如何防止摩擦振动，即在设备管理结构改选检修和运行等万面应采取的对1关健司摩擦振动；临界转速；大轴考曲汽轮发电机组，特别是汽轮机，由于其结构上标高变化大，以及汽缸膨胀受阻偏移和变形等原因，动静部件间摩擦而引起的摩擦振动故障已屡不鲜。因此引发的汽轮机大轴弯曲事故时有发牛，给社会和电力企业本身造成了重大经济损失，故汽轮发电机组摩擦振动故障的诊断和防止日益为人们所重视1摩擦振动故障的发生机理对，汽轮发电机组而言，影响最大的圮因摩擦引起的热弯曲效应因动静部分发生摩擦时，转户面沿周向各点的摩指程度不同。敢摩撩侧的温度尚于轻摩擦侧，由此而导致转子径向截面上会产生个新的不平衡力作用到转子上并引起振动，这便是摩擦的热弯曲效应由振动理论可知，转子旋转时，因离心力引起产生离心力的偏心距即重点的方位，这个相位差或称高点滞后于重点的滞后角丁可由式确定k工作违度k临界角违度由式1可以讨论相位差丁随工作角速度让在转子静止时，即，的情况下此时公式1中分子为零，所以卫0在运厅转速小厂临界转违，即时由公式以打出，班，夂之间变化，即0丁90越接近丁越接近90因此，转子在低于临界转速运转时，离心力引起的动挠度少的方位同偏心距6的方位之间的相位差1为小公90的正酤凸运行转速偏离临界转速较远，可近似地认为1和，旧1方位的，此，若发生汽轮机动静部分摩擦，将容易酿成大轴弯曲的事故。

　　刃在运行转速等于临界转速口时由公式1可以看出，因为分母为零，所以1 90！此时动挠度包括由其引起的振动的方位滞后于偏心距漓心力的方位90；4当记行转速远大于临羿转违，即让，由公式1可以看出18负值并趋近于零，即丁趋近于18戊这时，如果转子发生因摩擦而弓起的弹性热弯曲，动挠度有减轻和脱离摩擦的趋势以上根据公式分析了汽轮机转子运行转速和临界转速处于4种不同情况时，转子偏心距的方位和其引起的动烧度少的方位之间的关系，这对于防止汽轮机大轴弯曲事故是至关重要的些大型汽轮机组在大修后或热态起停机过程中发1火轴弯曲事故。绝大部分是由于对摩擦振动处理不当所致归纳以上讨论结果，可作如下概括当运行转速较低，距临界转速较远时，相位差丁接近于零，或足个锐角当临界转速，州位及丁等于即擂凝子在晷孺90；在高于临界转速的区域里，相位差丁是个钝角，当运行转速远高于临界转速时，可以达到接近180的程度。在汽轮机起动过程中，从低速到高速。41间通过临界转速，动挠度和偏心距这两荇之间的相位差丁依次按锐角9，钝180变化，是由同相变为反相的过程。

　　以下再结合，擦振动，具体述以的概念。

　　在低于临界转速时发生的摩擦振动汽轮机转的离心力按转违的平方关系增长，若由于转子动平衡不良或机组起动前存在的原始热弯曲等所引起的动挠度超过了汽轮机预留移，使某方位的径向间隙消失，均会在汽封间或汕挡间发生哗擦，转子波摩按部位逐渐积聚热量，从而产卞热变形，此，因相位差下是接近，的锐角，即热变形引起的弯曲方位和转子原来的偏心距方位基本致，互为加，偏心引起摩挟摩撺引起的热变形进步加大了偏心。这样的恶性循环在短时间内会导致动静部分摩擦加剧，机组振动状况急剧恶化，最后形成转子永久性弯曲。由于摩擦振动引起的大轴弯曲事故，大都出现在第临界转速以下，其原因就仵于此在临界转速时发生的摩擦振动，般情况厂，临界转速时转子的动挠度要数倍于工作转速时转子的动挠度特别是对于新安装或大修的机组，在通过转户临界转速时。很容易发生动静部分摩撺因此在机纟1起动时应以较快的提升速度通过轴系的各阶临界转速，以避免在转子的临界转速停留。在临界转速时，转子的动烧度滞后于转子的偏心距90，现用1来说明此时的摩擦过程最初的偏心力所引起的动挠度5滞后于9戊此时若发生摩擦，则必然由5方向的好点开始，并在好点处产生热变形，因而在万方向上形成新的偏心距办万两个偏心距合成后的偏心距4所弓起的动烧度5又滞后于1 90，是摩擦点从5方向转移到了方向。5处因摩擦产生热变形又形成了新的偏心距如此持续下去，即可发现振动矢量是逆汽轮机的旋转方1而旋转的。这种现象正是摩擦振动的个特入1这个特点构成了转子的全周摩擦，说明临界转速时因摩擦形成的转子弯曲在般情况下为暂时性热弯曲。故以较快的提，速度通过转产的临界转速，不必扣。心转会发少永人忭巧1此在商子临界转速时发生的摩撺振4在这转速范围内。相位差丁为钝角。且运厅转违离转子的临界转速越远，越接近18，此时若发生摩擦振动，就出现个十分有利的情况，由于动烧度方向和偏心距方向接近反向，因摩擦产生的热变形有抵消原始不平稳的趋向，或者说摩擦产生的变形具有退开摩擦的趋向这和低于临界转速时，由于摩指引起的热5曲迸步加重摩擦的情况截然相么此时若发生动部分杼微摩擦，甚至在转子端部汽封处出现痄擦火花池，迅速提升转，到工作转速，既1；会山现转了的永久朴也+会因此以起轴振动加剧作转速摩撩振动的特点近代大型汽轮发电机组的汽轮机转子和发电机转均为挠性转子，在作转速7的动桡度和偏心距之间的相位差为钝角。此时若转子的原始不平衡量较小，远小于摩擦而产生的旋转不平衡分量。其摩撩振动特点为振动矢量逆转动方向旋转和振幅随时间周期性变化实测某台325河界机组的轴振动矢量，在21！内旋转了360！振动矢量在某特定相位角时，因摩擦引起的热偏心和转子的原始质量偏心相互重合，振幅最大；而在相差约180处，因两者方向相反，振幅最小在工作转速下发生动静部分摩撺，若原始不平衡量和因摩擦产生的旋转不平衡分量近似相等，则此两者合成的新不平衡量从最大变到最小，相位仅变化180若说始不，衡玷远大尸因摩檫产生的旋转不平衡分量。则合成后的新不衡请的大小和相位儿乎不兔上述3种典型情况可用22中户。

　　为原始不，衡过；51朽为因摩擦产生的旋转不衡量；004为尸1分别和尸4的含成量。

　　些非线性的影响，也可能会出现少量分频倍频和，1频成分摩擦时振动的幅值和相位都具有波动特性对于发生在临界转速及以上的轻微摩擦振动，振动相位明显地逆转子转动方向旋转，甚至达36周而夂始；振幅随时间做周期性变化摩擦严重时，振动幅值和相位不再波动。

　　振动相位基本不变，而振幅会急剧增大，呈发散状停机降速过临界转速时的振动般较正常升速时大发生摩擦振动后，停机至盘车状态，立即检查转子的晃度坑要比该正常值偏大很多，般为10级。若为弹性热弯曲，则盘车段时间后，即可恢复到转子的正常晃度值。

　　3摩擦振动故降的实例工作转速下的动静部分摩擦若严夜到定程度，由于摩擦部分的局部热膨胀所引起的变形量要远大于由于转子原始弯曲形成的质量偏心所引起的动挠度，旰此变形远大于动静部分径间隙值所以当发生严重的局部摩擦时，新产生的动烧度只有使摩擦避开的趋势，但原摩擦点仍脱不开故此时的振动相位基本不变，而振幅逐渐增人，呈发散趋势闪这类摩撺振动毕竟发生在转子闸停机，则+必过分担心转子会因此发生永久性弯曲。台100河贾汽轮机在起动过程中发生摩擦振动，货后按最严重磨损部位的磨损，计算，故障时，摩擦部位的动静部分总变形量高达4.3之多。台3004界机组，在试远即间空转作电气试验时，低压汽封及轴承座油挡处摩擦引起摩拽振动，艿振幅发散性，大，而位逆转向变化不超过20=当时只有采取振幅，大到定限值即打闸停机的措施2摩擦振动故陪的特征综合以上对于在不同情况下所产生的摩擦振动的分析，可以总结出以下动静摩擦故障的特征这对于汽轮发电机组摩擦振动的诊断至关重要。

　　3.1发生在转子临界转速以下的摩擦振动1台缸双排汽200河界机组于正常停机检修时，汽缸温度滑到约35良后的停机惰走过程中，因2号轴承庵移动不畅，中缸收缩时使轴承座前端翘起，1玉缸前轴封下部间隙消失引起摩擦振动。在高压转子阶临界转速以下约17007附近，在线振动监测仪300和0厘2000己反映出轴振动不正常，但当时未能引起运行值班人员重视机组尚未静止，未能在盘车状态下检查转子晃度，即投入蒸汽快冷，机组转速维持在500如左右运转。其后当运行人员发现转速1攘准备开大调速汽门时，转子已闪摩擦力矩过大而静止。电动盘乍装置投+上随后的过程及测量转子晃度值证实，高压转子己发生永久性弯曲揭缸检查，高压转子前轴封处永久弯曲值达到创记录的1.8之多。

　　1台双缸双排汽300河界机组，刚投运约半年1的次热态起动过程中，因暖矜+足，汽轮机高压主汽门和再热主汽门前的汽温比锅炉侧汽温约低分别为35，和25，左右即3300动作停机停机后的盘车过程中检查转子晃度，由+，3，变为0.03，确认高中压转子己发生永久性弯曲。揭缸检查，转子在高中压之间轴封处的永久性弯仙值为61由以上的实例可以看出，低转速下的摩擦振1由于热弯曲将产生新的不平衡力，因此振，厉，勒厉髹子卿厉逢9，大，必须作直轴处理这更为直观地证实了关于临界转速以下摩擦振动严重性的分拆3.2发生在工作转速时的摩擦振动因大型汽轮发电机组的转般均为烧性转子。故此时发生的均为高于似临界转速的摩，振动由前面所列举的实例中可以看出，工作转速下的轻微摩擦振动并无危害，反复几次开停机过程即可消除至于在工作转速下发生的严重摩擦振动，则必须采取检修措施，才有可能予以彻底解决。前面所介绍的1台300河界机组在试运期间发生的摩擦振动，后经揭开低压缸检查，发现因汽缸偏移局部汽封径向间隙消失，动静部分发生严重摩擦；另外轴承外油挡片己将轴面磨出深沟。作为临时措施，制造厂将隔板汽封径向间隙加大到1.21.8半径方向，并改进了油，装配结构，才使该摩擦振动得以消除。

　　4摩擦振动故障的防止以上详细论述了汽轮发电机组摩擦振动产生振动故障的实例似更为要的足如何防止摩擦振动，即在设备管理结构改逃检修和运行等方面应采取哪些对策，做到防患于未然为了防止摩擦振动的发生，首先要分析机组结构1的弱点，采，有效的结构改进沿施和检修措施予以解决，主要有以下几个方面，4.1汽封结构及材质现代大型汽轮机的隔板汽封和端部轴封概采用弹性汽封。汽封齿的材质，在高温段采用1加，或5，低温段采叫抑8黄14据某矶究部门模拟试验结论。对于1冗入珠光体类材料，在汽封弧块上若仅作叫弹黄力约504，此时汽封齿和轴摩擦时对轴的加热量不大，温度约为200300，若作用相当于额定负荷，高1卡汽封弧段在其内外蒸汽压差作用所受汽封齿磨损景小而轴被切出的槽却比较深对68黄铜，因其熔点低93，硬度不高55，在汽封齿和轴摩擦时，齿被迅速磨损并被粘附在轴面起到润滑作用，故轴的磨损量大大降低。若在每块汽封弧段上施加50500，的弹簧力，轴因摩擦被加热所达到的最高温度仅为以上试验结论明。现有的汽封结构应取消弧块背部通入的蒸汽力作用；弧块背部若用板簧，建议改用螺旋师黄，以仲弹力均匀汽封弧块的退；间隙应加大到2.51以上为汽封弧块颈广1油隙应加大到0.5瞧应用温段的汽封齿材质建议改为015河，铁素体材料，此材料硬度较低泌86.乃89.8，而在摩擦发热后不会被淬硬950，油淬后硬度为册人55.557.0汽封径向间隙可小到0 381而不致损伤轴颈应用于低温段的汽封齿材质包括轴端汽封建议全部采用孙铅柴黄铜4.2轴承箱及汽缸膨胀轴承箱移动不畅使汽缸膨胀或收缩受阻，汽缸变形或偏移将导致汽轮机通流部分径向间隙变化，而引发动静部分摩擦对于发生这类问的机组，应在以下几方面的结构上作出改进改善轴承箱底部和台板间的润滑，以减小移动时的摩擦力。目前行之有效的办法，是改用0人合金制作滑块，或在钢质或祷铁滑块上镶嵌石墨块改进推拉装置结构，樵的是使推力点移。从而减小轴承箱移动受阻时的翻转力矩并使猫爪横销不再是推拉时的承力点。

　　在汽缸上加辅助支桴，减小轴承箱上的庀压力减小轴封漏汽，以防止轴承箱底部滑动他处锈蚀可考虑改变纵钔材质，或作面硬化处理，使不致因高温氧化而卡流4.3测试动平衡大修时对转子做检验性动平衡，着重降低通过临界转速，的轴振动水应做到在各种转速及负荷下，机组的振动状况均良好，4.4改进保温材料采用性能良好的汽缸保温材料，如硅酸铝纤维毡等。并改进保温施工工艺，以确保保温材料紧贴汽缸，不发生脱开空洞或断层等现象4.5保证安装精度应确保各转子的弯曲值联轴器处的晃度值特别是对轮连接后的晃度值合格4.6调好间隙汽轮机的迎流部分间隙应苻合标准要求。调整及测量准确，并减少纟1合偏范间隙标准应切理配置不同区段横截面上各方向的汽封间隙高中压转子若采用支点支撑。则应考虑在对轮连接后，转子静挠度变化对通流部分径向间隙的影响。

　　4.7细调转子中心严守质量标准严格按照枪修工艺规程的要求进行转子心行情况，确定热态时轴承座标高的变化量，在进行机组冷态中心调整时应予以考息各轴承的间隙紧力格铁乌金等均应符质献标准。

　　4.8油挡轴承箱油挡应改为便于安装和调整的结构。

　　油挡间隙应符合标准油挡片材质及齿尖形状应符合纸要求4.9滑销系统大修中要认真清理检查滑销系统要检查内外缸间定位及导向部件，消除变形卡涩等故障，以确保通流部分间隙不变4.10完善监测仪完片汽轮发电机组振动在线监测仪，包括各主轴承振动测量和轴振动测量，以及后续的振动分析符理系统振动分析管蔌。系统令少应有数据显追趋势分析频谱分析波特越限报矜及打印制等功能在汽缸猫爪处，加装汽缸横向膨胀指器，以监视汽缸左右侧膨张是巧均4在汽轮机各轴承附近可加装骑轴式绝付轴振动测量装置，在机组起动前和停机后可更直观地监测各转子的弯曲仉，4.机组启动时投振动保护4.12严守运行规程运行人员应严守运行操作规程，当出现振动超标现象，特别是阶临界以下振动超标时，应立即打闸。破坏真空。严禁降速暖机上接第35页要注意尽早确定改造涉及的范围，这将直接影响到硬件方的设计及供货，以及软件方组态的最终确认，如果改造涉及的范发生人的变化，姒终将导致工程工期的推迟，如果卡死工期，将会大量，加每天的工作量，导致工程人员极度疲惫，容易出现措误或遗，给机纟。以行印下隐患。

　　3.4正式文件的签定无论是编写商务合同还是编制技术协议书，或是签署会议纪要。都要注意用词准确。避免诂。

　　上发生歧义，导致各方扯皮对工程进度控制定要介理安排时间。各方必须根据自己实际情况对工程进度进行确认，然后严格执行。

　　3.5资料的管理每个项目都必须设专人负责管理全部的工程资料，同时还要分类列出资料清单以供查询。这些资料包括工程合同书附加合同书技术协议书各个会议纪要各方来往传真附件各方来往资料。工程实施进度硬件配置说叫5软1设计说明书系统测试大纲系统测试报告操作说明书各子系统分项调试人纲各，系统分项调试报，要设计变更记1各户系统软件目录及程序书各种硬件说明书培训计划书各种培训资料工程验收报告未完项目备忘录等等。

　　4结论每个0，改造项目都是个复杂严密需多方合作的系统工程，只有通过各方完善管理共同协作积极配合，才能顺利按时完成我们经过多个改造项目的具体实施这其中各项目的工期有长有短，机组有大有小，改造范围也有宽有窄，总结出以上的工程实施流程，基本满足了华北地区的旧机组005改造项目。以上所有己完成的改造项目，均按时或提前通过了1681式运行，各项指标均符合电厂招标书的要求除个别系统由于旧设备的性能问对自动投入有影响外，深受各电厂用户好评，这说明我们的改造设计方案是正确的，管理是科学可行的。旧机组改造提高了机组运行的稳定性，提高了电厂管理运及维护的自动化程度，降低了发电成本。改善了劳动条件，同时也给电厂带来了巨大的经济效益收稿日期2001冶919质量是企业生存的保障！