【文章內容簡介】 ，并伴隨有一些 2X和 3X分量，有時還會出現(xiàn)少量更高的諧波分量。 油膜渦動是普通潤滑軸承發(fā)生次同步不穩(wěn)定振動問題的主要原因。油膜渦動是油膜力激發(fā)的振動，正常運行條件的改變（如傾角和偏心率）引起油楔 “ 推動 ” 轉軸在軸承中運動，因而在旋轉方向產生的不穩(wěn)定力使轉子發(fā)生渦動。如果系統(tǒng)內存在足夠大的阻尼，則轉軸回到其正常位置 ，變得 運行 穩(wěn)定 。 否則轉子將繼續(xù)渦動，出現(xiàn)較大的不穩(wěn)定振動。 油膜不穩(wěn)定渦動一般是由于過大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設計，潤滑油參數(shù)的改變等因素引起的。 根據(jù)振動頻譜很容易識別油膜渦動不穩(wěn)定，其出現(xiàn)時的振動頻率為同步振動頻率的 40％～ 48％，接近轉速頻率的一半，也常稱為油膜半速渦動。 當機器出現(xiàn)油膜渦動不穩(wěn)定，而且油膜渦動頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時就會發(fā)生油膜振蕩。油膜振蕩只有在機器運行轉速大于二倍轉子臨界轉速情況下才可能發(fā)生。當轉速升至二倍臨界轉速時，渦動頻率非常接近轉子臨界轉速產生共振而引起很大的振動以致油膜失去支撐作用。通常一旦發(fā)生油膜振蕩，無論轉速繼續(xù)升至多少，渦動頻率將總保持為轉子一階臨 界轉速頻率。 消除軸瓦自激振動通常采用以下幾種方法： ⑴減小軸瓦頂部間隙，可加大上瓦的油膜力，使軸頸上浮高度降低。 ⑵增加上瓦烏金寬度，同樣可提高軸瓦的穩(wěn)定性。加上上瓦的油膜力，提高軸瓦偏心率。 ⑶刮大軸瓦兩側間隙，可防止頂隙減小后軸瓦內油流量受到影響使烏金溫度升高。 ⑷減小軸瓦長徑比或降低油的粘度或調整軸承座標高等。 1高壓轉子的不穩(wěn)定振動 由于軸承在設計上存在不穩(wěn)定因素，或由于整個系統(tǒng)的阻尼不足以抑制蒸汽流經汽封間隙所產生的擾動力，汽輪發(fā)電機組就有可能發(fā)生次同步共振。前者為油膜渦動或油膜振蕩，后者為蒸汽振蕩。 在發(fā)生蒸汽振蕩時，有時改變軸承設計是沒有用的，只有改進汽封通流部分的設計或調整安裝間隙才能解決問題。 蒸汽激振產生的原因通常有 兩種 。一是由于調節(jié)閥開啟順序的原因高壓蒸汽產生了一個向上抬起轉子的力 ,從而減少了軸承比壓 ,易使軸承失穩(wěn)。二是由于葉頂徑向間隙不均勻 ,產生切向分力 ,以及端部軸封因徑向間隙的不同而產生的壓力渦動 ,使轉子產生自激振動。蒸汽激振一般發(fā)生在大功率汽輪機的高壓轉子上 ,當發(fā)生蒸汽振蕩時，振動的主要特點是振動敏感于負荷，且振動的頻率與轉子第一臨界轉速頻率相符合。但在絕大多數(shù)情況下（蒸汽激振不 太嚴重）振動頻率以半頻分量為主。 1拍振 拍振是振動頻率相近的兩種振動的疊加。因其固有的低頻特性，拍振頻率在一般正常的頻率測量范圍很難測出，但如果將頻譜細化，則可以明顯觀察到兩個頻率非常接近的頻譜峰值，這兩個頻率差就是拍振的頻率。 拍振發(fā)生后的最大振動出現(xiàn)在兩種頻率的振動波形同相時，而最小振動則出現(xiàn)在兩種頻率的振動波形反相時。拍振發(fā)生時能感覺到時起時伏的沖擊噪聲。 拍振一般發(fā)生在兩個或兩個以上的振動源振動頻率相互接近時，如安裝在同一個基礎上且運行轉速幾乎相同的兩臺風機（ 900RPM和 920RPM）可能發(fā)生 20RPM頻率的拍振。拍振也經常發(fā)生在存在電氣問題的電動機中，此時 2X電氣線頻率（ 6000CPM）振動可能較大，且其頻率非常接近運行轉速諧波頻率 。 例如，一臺運行轉速為 2990RPM的兩極電動機可能產生 5980CPM的振動諧波分量，其與 6000CPM的電氣頻率源僅相差 20CPM。 13 大型機組的振動特點 隨著機組容量和蒸汽參數(shù)的不斷增大，機組振動呈現(xiàn)下列特點： 轉子長度增加，臨界轉速下降，降低軸系穩(wěn)定性； 軸頸尺寸增大，加大軸瓦寬度，降低軸承比壓，穩(wěn)定性下降； 機組容量增大和蒸汽參數(shù)提高，增加高壓轉子的汽流激振力，高壓轉子發(fā)生蒸汽激振的可能性增大； 轉子個數(shù)增加，軸系臨界轉速分布復雜，對機組運行提出更高的要求； 轉子個數(shù)增加，轉子間相互影響增大，使不平衡位置的確定和軸系動平衡工作更加復雜； 采用新型汽封，間隙減小，提高汽機效率，但增大轉子碰磨的概率； 發(fā)電機結構的復雜，可能出現(xiàn)不確定的振動現(xiàn)象； 轉子單支承結構的采用，相鄰轉子振動特性相互耦合，振動問題分析更加困難； 大機組柔性基礎的應用，增加了軸系振動的復雜性，對振動問題的分析帶來一定的困難； 不平衡狀態(tài)下，轉子振動呈非線性振動特性，其分析需要進行較為復雜的振動瞬態(tài)響應計算； 大型電源點向獨立電網(wǎng)送電，輸電線路的增容，可能使機組軸系發(fā)生次同步諧振，電力系統(tǒng)的擾動與軸系機械系統(tǒng)耦合會導致軸系扭振。 旋轉機械振動的來源及主要原因 故障來源 主 要 原 因 設計 制造 設計不當，動態(tài)性能不良，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動 結構不合理，存在應力集中 工作轉速接近或落入臨界轉速區(qū) 運行點接近或落入運行非穩(wěn)定區(qū) 零部件加工制造精度不佳 零部件材質不良，強度不足，存在制造缺陷 轉子動平衡不符合技術要求 故障來源 主 要 原 因 安裝 維修 設備安裝不當，零部件安裝錯誤，預符合大 軸系對中不良（對軸系熱態(tài)對中考慮不足） 機械幾何參數(shù)（配合間隙、過盈量等）調整不當 管道壓力傳遞至設備，改變了轉機動態(tài)特性和安裝精度 轉子長期放置不當、造成彎曲，破壞了動平衡精度 安裝或搶修破壞了設備原有配合或精度 故障來源 主 要 原 因 運行操作 設備在非設計狀態(tài)下運行（如超速、符合不當） 潤滑或冷卻不良 轉動部件損壞或結垢 工藝參數(shù)不當（如介質溫度、壓力、流量等），造成工況失穩(wěn) 啟?；蛏地摵蛇^程操作不當，暖機不足，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過長 故障來源 主 要 原 因 工況劣化 長期運行，轉子撓度增大 轉動部件損壞、松動、磨損 配合面受力劣化，產生過盈不足或松動，配合狀態(tài)改變 基礎沉降不均勻，機殼變形 四 、旋轉機械振動故障的處理方法 旋轉機械，尤其是汽輪發(fā)電機組軸系的振動問題往往涉及許多復雜因素，它不僅與機械方面有關，而且和汽缸膨脹、蒸汽流動等熱方面以及發(fā)電機電氣參數(shù)等電方面諸多因素有關。因此，在正確分析判斷出振動故障原因后，就需要對具體的振動故障原因采用切實可行的方法進行處理。盡管旋轉機械及其有關結構的振動故障原因各異，但原則上可采用三種處理方法，即減小激振力、調頻和隔振以及增大阻尼。 減小激振力是指降低激振力的大小，通常采取的方法有軸系動平衡、調整聯(lián)軸器對中狀態(tài)、永久彎曲轉子的直軸、消除轉子因熱彎曲造成的轉子不平衡等。一般情況下該方法解決 振動問題十分有效，但有時它對某些振動問題無能為力。 調頻即是改變振動系統(tǒng)的剛度或質量。當系統(tǒng)的剛度或質量改變時，振動特性一般會發(fā)生變化，但應注意有時可能達不到預期的效果。例如增大某一平板的厚度可增大其剛度，但同時亦會增大其質量。由于系統(tǒng)固有頻率與剛度和質量都有關，故增大平板厚度可能對系統(tǒng)固有頻率沒有產生多大的影響。 當需采用調整一個或多個參數(shù)來改變系統(tǒng)固有頻率時，應對其效果進行預先評估。調頻后的隔振亦是通常采用的消振方法，實際上隔振是將振動能量重新安排而非消耗（增大阻尼）。通過增加結構的動剛度，可以降低結構的振動幅值。 由于在共振頻率下阻尼對振動能量消耗的影響最大，因而在各種系統(tǒng)中廣泛采用阻尼來減小激振力產生的振動響應。通常在旋轉機械中主要應用流體油膜軸承來提供阻尼，密封瓦和汽封也能提供一定的阻尼。軸承種類對提供的阻尼大小有很大的影響，如可傾瓦軸承阻尼特性較佳，另外在一些高速轉子（如航空發(fā)動機）采用擠壓油膜阻尼器來增大系統(tǒng)阻尼。 旋轉機械各種故障類型及處理方法 臨界轉速 改變軸承剛度和阻尼；改變聯(lián)軸器尺寸和類型 ；改變機器的運行轉速 共振 改變結構剛度 ；改變結構質量 ；增大系統(tǒng)阻尼 ；改變激振力頻率 油膜渦動 改變油溫 ；增大軸承負載 ；改變軸承幾何尺寸或類型 ； 自激振動 消除摩擦 ；改變軸承特性 ；減小構件材料的內阻 ；改進汽封通流部分設計 質量不平衡 根據(jù)轉子結構進行單、雙及多平面動平衡 ；改變臨界轉速以降低不平衡靈敏度 彎曲 更換轉子 ；局部平整或直軸 ；動平衡 汽缸變形或共振 調整螺栓和應用墊片 ；增大質量或剛度以消除共振 不對中 熱態(tài)及冷態(tài)對中 ；改變聯(lián)軸器型式以降低對中靈敏度 基礎變形、松動或共振 應用墊片以消除變形 ；在基礎上增澆混凝土以增大質量 ；增加鋼支撐架以增大剛度 管道變形及共振 檢查管道支撐、隔振物及連接物 ；檢查壓力脈沖狀況 部件松動 重新固定零部件 聯(lián)軸器、密封、軸承、轉軸的磨擦 采用適當運行方式、磨合、放大間隙 第六章 旋轉機械 振動故障診斷及處理實例 一、 300MW機組汽輪機 振動 1 設備 介紹 某廠配有 上海汽輪機廠引進美國西屋公司技術生產的 300MW亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽凝汽式汽輪機，汽機型號為 : N300。該機組軸系設有 7只徑向支撐軸瓦，軸系結構布置如下圖所示。 2 振動分析 1機組在基建整套啟動階段，出現(xiàn)了 7瓦振動不穩(wěn)定現(xiàn)象。為此對機組振動進行試驗： 1)密封油溫對振動影響 維持機組有功 200MW，調整密封油溫空 /氫側油溫分別為 50、 5 5 4 4 46186。C，每一溫度穩(wěn)定 3h左右，觀察振動變化趨勢。 試驗結果： a) 7瓦振動隨密封油溫的升高而下降，油溫越高，振動越小； b)當油溫超過 50186。C時，油溫對振動的影響已減弱； c)7瓦振動對油溫的敏感程度強于 6瓦，當油溫從55186。C降至 43186。C時， 7瓦振動從 37升到 82um，而 6瓦從 89升到 104um； 振動以基頻為主，但倍頻、三、四次諧波也明顯可見。 結論：密封瓦存在一定的摩擦。 2)發(fā)電機無功對振動影響 取發(fā)電機密封油溫 48186。C、穩(wěn)定有功 200MW及其它參數(shù)，取無功 80MVar、 153MVar,試驗穩(wěn)定 2小時以上，觀察振動變化趨勢。 試驗結果： a) 7瓦振動與發(fā)電機無功有密切關系。無功越大、振動越大； b)振動變化滯后于無功變化； c)振動以基頻為主； 結論：發(fā)電機轉子存在一定的熱彎曲。 3)三支撐結構及勵磁機晃度對 7瓦的影響 三支承結構原因，一旦勵磁機 7瓦處晃度較大、7瓦負載偏輕時， 6瓦、尤其是 7瓦振動就會超標。有些是檢修時原始晃度就偏大，但許多情況是在機組運行中，發(fā) 勵聯(lián)軸器連接狀態(tài)發(fā)生變化，使得 7瓦振動出現(xiàn)爬升現(xiàn)象。停機檢查晃度明顯增大。這往往是發(fā) 勵連接螺栓緊力不足引起 3 處理措施 a)適當提高密封油溫度運行，維持密封油溫在 45—48186。C運行 。 b)調整勵磁機轉子晃度。停機實測勵磁機晃度為250um，明顯偏大，調整晃度至 30um； c)考慮發(fā)電機轉子存在熱變形，結合空載數(shù)據(jù)，在勵磁機整流環(huán)上加重 103g。 處理后機組振動如下（ μm ）： 工況 1 2 3 4 5 6 7 3000r/min 27 43 29 41 56 38 47 300MW 37 42 54 44 50 69 37 二 、 600MW機組汽輪機 振動 1 設備 介紹 某發(fā)電廠 1?4號汽輪發(fā)電機組是哈爾濱汽輪機廠和日本三菱公司聯(lián)合設計、生產的 N600、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機組。該機組軸系設有 9只徑向支撐軸瓦。 2