旋转设备故障分析实例质量不平衡.docx
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旋转设备故障分析实例质量不平衡
第二讲机组振动分析和故障诊断实例：
质量不平衡
第一节 机组故障诊断概况和故障特征汇总
汽轮发电机组振动故障诊断是根据相关的数据和信息对故障定性，进而对其产生的原因或机理做出判断，并确定解决措施和实施处理方案。
振动故障有很多类型，总计有数十种之多，但其中数种常见故障的发生率占了总数的95％以上。
根据现场经验，如果能对这些典型故障做出准确的判断，则足可以应付生产实际的需要。
因此，对典型、常发故障诊断技术的掌握有十分重要的工程意义。
近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使得误判时有发生。
因此，机组振动故障的诊断除需要现场经验外，还应该掌握一定的机组振动故障的基础理论知识和科学的分析能力，这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措施，而不致盲目一概采用现场高速动平衡的方法，使得表面上振动有所减小，实际上没有根治，机组经过一段时间的运行或检修后，振动重复出现。
【表1】汽轮发电机组振动故障特征汇总表
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序号故障名称频谱特征其它特征
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1原始质量不平衡1X振幅、相位随转速变化，随时间不变，椭圆轨迹或圆
轨迹
-------------------------------------------------------------------------------
2转子原始弯曲1X低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小
-------------------------------------------------------------------------------
3转子热弯曲1X振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状
况恢复
-------------------------------------------------------------------------------
4转动部件飞脱1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响
-------------------------------------------------------------------------------
5动静碰摩1X，整分数，内环或外环轨迹，振幅、相位缓慢旋转；或振幅逐
倍频渐增加
-------------------------------------------------------------------------------
6油膜涡动0.35～0.5X低频的出现与转速有关
-------------------------------------------------------------------------------
7油膜振荡fcri1在一定转速出现，突发性的大振动，频率为转子
第一临界转速，大于1X振幅
-------------------------------------------------------------------------------
8汽流激振fcri1与负荷密切相关，突发性的大振动，频率为转子
第一临界转速，改变负荷即消失
-------------------------------------------------------------------------------
9转轴不对中1X、2X高的2X，或3X振幅，1/2临界转速有2X共振峰，“8”字
形轨迹
-------------------------------------------------------------------------------
10联轴器松动1X，2X等与负荷有关
-------------------------------------------------------------------------------11结构共振1X，分频，存在明显的共振峰，与转速有关
倍频
-------------------------------------------------------------------------------
12结构刚度不足1X与转速有关，瓦振轴振接近
-------------------------------------------------------------------------------13转子裂纹1X、2X降速过1/2临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大
-------------------------------------------------------------------------------
14转子中心孔进油1X，0.8～0.9X与启机次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增
大
-------------------------------------------------------------------------------
15转轴截面刚度不对称2X1/2临界转速有2X振动峰
-------------------------------------------------------------------------------
16轴承座刚度不对称2X垂直、水平振动差别大
-------------------------------------------------------------------------------
17轴承磨损1X，次同步1X，1/2X，1.5X高，
-------------------------------------------------------------------------------
18轴承座松动1X与基础振动差别大
-------------------------------------------------------------------------------
19瓦盖松动，紧力不足1X，分频，可能出现和差振动或拍振
1/2X
-------------------------------------------------------------------------------
20瓦体球面接触不良1X和其它振幅不稳定
-------------------------------------------------------------------------------
21叶轮松动1X相位不稳定，但恢复性好
-------------------------------------------------------------------------------
22轴承供油不足1X瓦温、回油温度过高
-------------------------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------------------------
23匝间短路1X、2X和励磁电流有关
-------------------------------------------------------------------------------
24冷却通道堵塞1X与风压、时间、负荷有关
-------------------------------------------------------------------------------
25磁力不对中2X随有功增大
-------------------------------------------------------------------------------
26密封瓦碰摩1X、2X振幅逐渐增大
-------------------------------------------------------------------------------
第二节 质量不平衡的种类和特征
1原始质量不平衡1X振幅、相位随转速变化，随时间不变，椭圆轨迹或圆轨迹
2转子原始弯曲1X低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小
3转子热弯曲1X振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢
复
4转动部件飞脱1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响
第三节 现场动平衡的一般方法
（一）方法
●模态法
●影响系数法
●谐分量法
旋转机械的高速动平衡，就其基本方法来讲，已是成熟、定型的，计算加重量的程序也已完善。
（二）动平衡方案和加重步骤的确定
汽轮发电机组的现场高速动平衡通常按照下列步骤进行：
●测取基本振动数据，对记录数据进行分析；
●制定动平衡加重方案，确定加重步骤；
●试加重或获取影响系数；
●正式加重。
（三）不平衡质量轴向位置判断和加重面的确定
在进行动平衡加重前，确定不平衡质量在轴系上的轴向位置并进而确定加重平面，是整个平衡方案中最重要的内容，它决定了动平衡加重的效果甚至成败。
2、模态分析辅助确定动平衡步骤
3、动平衡前期的数据采集和处理
（1）基本振动数据的获取
（2）对记录数据的分析
4、转子振动数据稳定性的判断
（1）机组进行平衡的前提条件
（2）稳定的和不稳定的质量不平衡
（3）不稳定质量不平衡的动平衡
5、影响系数处理技术
（1）关于试加重的选择
（2）对影响系数的分析和筛选
第四节深圳西部电厂#5机组动平衡
深圳西部电力有限公司#5汽轮发电机组为哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨电机厂生产的优化引进型双缸双排300MW机组。
机组振动调试始自2002年9月7日，11月3日结束。
其间与振动相关的主要过程如下：
9月10日：
首次冲转，一次升速到3000rpm；
9月12日：
首次并网；严密性试验；
10月10日：
汽机真空消缺后启机；
10月15日：
动平衡加重；
10月17日：
冲转到3000rpm；带低负荷；解列；超速试验；
10月18日～10月24日：
投辅机及自动，升负荷；
10月25日～11月1日：
168小时带负荷试运行；
11月1日：
168小时试运行结束。
1、动平衡前机组振动状况
（1）3000rpm定速和带低负荷的振动
3000rpm定速（9月10日）
#1瓦#2瓦#3瓦#4瓦#5瓦#6瓦
————————————————————————————————————
轴振X25微米95105932420
轴振Y206560565924
瓦振⊥6527218
瓦振—6333613
————————————————————————————————————
9月12日，12MW
#1瓦#2瓦#3瓦#4瓦#5瓦#6瓦
————————————————————————————————————
轴振X24微米88100982223
瓦振⊥4973
————————————————————————————————————
动平衡加重前2X、3X、4X振动
2、第一阶段冲转、定速过程振动异常原因分析
从9月10日到12日，冲转、定速、并网、带负荷过程，机组振动出现过三次较大的异常：
（1）9月10日20:
40，机组首次冲到2000rpm，#6轴振达到190微米，对振动数据分析表明，属发电机转子后端、#6轴承部位临时性问题，其后15分钟，#6轴振迅速下降，趋于正常。
以后的启机过程该测点一直正常。
（2）9月11日6:
40，电气试验部分完成，打闸惰走到1300rpm，#5X、#5Y轴振分别达到400微米和350微米。
对打闸前数小时的电气试验数据和振动数据的分析说明，原因为电气试验中励磁电流对测振涡流探头干扰造成的。
11日下午机组再次冲转到3000rpm，#5轴振两测点均正常。
（3）9月12日清晨电气试验完后,4:
40打闸，惰走到1600rpm，#1X轴振132微米，略偏高，投盘车，偏心指示大，130微米。
分析原因，是由于高中转子处于热态，转子略有弯曲，这种情况不应该影响再次冲转。
9:
50冲转，在600rpm停留，检查振动值，略偏大，但没有大问题，决定升速，顺利冲到3000rpm。
3、对机组动平衡前振动状况的分析
（1）3000rpm定速和带低负荷的振动，#3、#4两个瓦振超标（标准为30微米）；#2X、#3X、#4X三个轴振超标（标准为80微米）；
（2）上述超标值中，#4瓦振突出，达到70微米，且有随转速和负荷增大的趋势；
（3）升降速临界转速振动#1轴振偏大，但在标准范围之内（标准250微米），其余各瓦临界转速振动情况良好。
（4）9月10日到12日在冲转、定速、并网、带负荷过程中机组出现的三次较大的振动异常，均属新机首次开机过程，机组结构状态不稳定（转动部件、缸体、膨胀、例行碰磨等）造成的常规性暂时故障，随以后的启机，这些故障自行消失并不会复现。
（5）从第一阶段机组暴露出来的问题看，#5机组振动存在两处问题，一是低压转子存在原始质量不平衡（属哈汽制造缺陷），二是#4、#3轴承的轴振与瓦振之比偏小（通常情况，如果轴振10丝，瓦振一般应该是2~3丝），造成这样状况的原因是支撑刚度偏低，不排除#4、#3轴承座二次灌浆的缺陷。
除上述两点，其余没有发现严重的振动缺陷。
4、#2、#3、#4瓦振动超标原因分析
根据振动频谱分析和数据比较，#2、#3、#4瓦振动超标的主要原因是低压转子存在原始质量不平衡，另外和中/低对轮以及基础有关。
真空缺陷处理完后，随真空度的提升和负荷的增加，3、4瓦的振动可能会有少许的变化，但不可能显著降低。
5、高速动平衡
从9月13日到10月7日，#5机组进行了汽机真空低以及电气方面的缺陷处理。
关于#4、#3瓦振、轴振偏高问题的处理，协商决定待真空处理完后再行处理。
10月10日，真空消确完后启机，3000RPM振动如下：
#1瓦#2瓦#3瓦#4瓦#5瓦#6瓦
————————————————————————————————————
轴振X18微米9082832116
轴振Y224626474527
瓦振⊥3874
————————————————————————————————————
此次启机，3000rpm振动数据和真空处理前基本相同，说明#4、#3瓦瓦振、轴振偏高的原因不是由于低压缸真空缺陷，而是转子存在原始质量不平衡。
于是决定进行动平衡，在低压转子实施加重。
10月15日加重平衡块，加重量：
低压转子前末级加400g；
低压转子后末级加400g。
加重后振动（10月17日，3000rpm）：
#1瓦#2瓦#3瓦#4瓦#5瓦#6瓦
————————————————————————————————————
轴振X41微米4638434118
轴振Y494734505729
瓦振⊥103751212
————————————————————————————————————
动平衡加重后2X、3X、4X振动
这次加重，#4、#3瓦振显著下降，均不到10微米；#2、#3、#4轴振也都降到50微米以下。
动平衡效果显著。
6、超速试验振动
超速试验过程，从3000rpm到危急保安器动作转速3300rpm，各瓦振、轴振测点振动变化平缓，没有出现急剧增大的情况。
7、升负荷过程振动
机组负荷从零到满负荷300MW过程，振动基本稳定，除#1瓦轴振外，其余各瓦振、轴振均无明显变化。
升负荷过程各瓦瓦振始终小于16微米；轴振小于60微米。
#1瓦两个方向轴振随负荷增加略有上升，从零到300MW，#1X从46微米增加到65微米，#1Y从53微米增加到74微米，分别增加了约20微米。
首次升负荷到300MW（10月22日15:
10）各测点振动如下：
#1瓦#2瓦#3瓦#4瓦#5瓦#6瓦
————————————————————————————————————
轴振X64微米6058313824
轴振Y73~766142525032
瓦振⊥941216912
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第六节清镇发电厂＃7机组异常振动测试分析与故障处理
1、前言
3月18日17:
00，我所接清镇发电厂总工李荣、汽机副主任罗来有电话，称同日上午9时系统发生电气故障，鸡场变压器三相短路，造成该厂＃7、＃8机组失压运行，无功瞬间增大到300MW以上，机组轴系受到冲击，部分轴瓦振动明显增大，尤其＃7机＃3瓦振动由冲击前的30微米增大到约80～90微米，严重影响到机组正常安全运行。
鉴于我所近年对＃7机组进行过多次振动测试和分析，情况熟悉，李总要求我所人员尽快赶赴现场，协助进行分析处理。
我所人员于3月19日20时到达清镇发电厂，在厂领导、汽机、运行各部门人员密切协助下，立即开始了测试、分析和处理工作。
到3月23日凌晨，完成了对＃7机振动的分析、初步处理和观察。
其间在现场进行的工作步骤和内容如下：
1、3月19日21:
30～3月20日16:
00
●振动测试，连续测试＃7机在各种负荷状况下以及升降速过程的振动
●对机组振动状况进行评估
●分析异常振动产生的原因
●确定处理方案
●计算高速动平衡加重量
2、3月20日16:
00～3月21日0:
00
第一次加重，启机，全速，打闸惰走；
3、3月21日0:
00～3月21日9:
00
第二次加重，启机，全速，并网；
4、3月21日9:
00～3月22日21:
00
机组带高负荷和满负荷，阀切换试验，振动测试。
经过对轴系两次加重的动平衡，＃7机组振动得到明显改善，在高负荷和满负荷、进汽方式为顺序阀和单阀时，振动最大的＃3瓦基本保持在50微米左右，最高60微米；汽机其余各瓦振动小于20微米，振动稳定。
＃7机组振动尚待进一步处理，继续降低＃3瓦振动；对＃3瓦振动波动现象也需继续观察分析。
2、电气系统故障后的机组振动状况
（1）电气事故前后机组TSI记录
电气事故发生在3月18日09:
07:
07,#7机组振动在线监测系统记录到事故前后的瓦振、轴振变化，如下表：
＃7机组瓦振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）
2004年3月18日9:
00～9:
30
———————————————————————————————————————
测点3瓦4瓦5瓦6瓦7瓦
———————————————————————————————————————
9:
00:
0132/30/291°43/39/254°19/17/129°20/15/120°22/20/339°
9:
03:
0132/30/295°43/38/253°20/17/126°19/15/115°24/19/338°
9:
07:
0131/29/295°43/38/253°19/16/131°20/15/116°23/19/337°
系统发生电气故障
9:
07:
0763/54/229°77/78/253°41/33/121°17/12/113°17/13/18°
9:
08:
0170/65/221°73/69/248°41/38/120°14/9/168°19/17/6°
9:
12:
0278/72/220°65/63/250°42/39/126°13/8/135°20/16/356°
9:
17:
0079/73/220°63/60/248°40/38/126°14/8/122°21/17/335°
9:
30:
0174/71/225°59/57/247°37/35/126°14/8/105°19/15/349°
———————————————————————————————————————
＃7机组轴振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）
2004年3月18日8:
30～9:
10
———————————————————————————————————————
测点3轴4轴5轴6轴7轴
———————————————————————————————————————
8:
31:
0140/32/7°73/66/18°36/31/210°45/44/74°25/12/325°
9:
07:
0141/32/7°71/66/18°36/31/212°45/43/74°26/12/334°
系统发生电气故障
9:
07:
07169/154/321158/143/18°62/54/218°48/42/96°29/11/9°
9:
08:
01170/171/313149/146/10°57/57/214°50/50/85°33/14/322°
9:
10:
01175/175/311141/139/9°53/54/216°50/49/85°24/13/325°
———————————————————————————————————————
TSI的记录数据表明，系统发生电气故障前各瓦、轴的振动状况良好，振幅相位稳定；电气故障的发生造成振动瞬间突增，瓦振、轴振均有明显增大，其中＃3瓦瓦振和轴振增大的量值为最大，＃3瓦瓦振增大到80微米，轴振增大到170微米，相位同时发生阶跃；故障对＃4、＃5瓦振动影响次之；对发电机两瓦振动影响不明显。
由于电气故障引起的振动变化，故障后的状况较稳定。
系统电气故障使得＃7机＃3、＃4瓦振动增大，严重危及机组安全运行。
（2）3月19日，20日我所对＃7机组振动的测试结果
我所人员到现场后首先对机组当时的振动状态进行了测试。
1）高负荷和满负荷振动测试结果如下：
＃7机组瓦振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）
2004年
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