旋转设备故障分析实例质量不平衡.docx

1、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

2、，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-序号 故障名称 频谱特征 其它特征-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

3、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 0.350.5X 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

4、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，0.80.9X 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 2X 1/2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

5、，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

6、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

7、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

8、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X 25微米 95 105 93 24 20轴振Y 20 65 60 56 59 24瓦振 6 52 72 18 瓦振 6 33 36 13 9月12日，12MW #1瓦 #2瓦 #3瓦 #4瓦 #5瓦 #6瓦轴振X 24微米 88 100 98 22 23瓦振 49 73 动平衡加重前2X、3X、4X振动2、第一阶段冲转、

9、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

10、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

11、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23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

12、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X 18微米 90 82 83 21 16轴振Y 2

13、2 46 26 47 45 27瓦振 38 74 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X 41微米 46 38 43 41 18轴振Y 49 47 34 50 57 29瓦振 10 3 7 5 12 12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

14、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 #

15、3瓦 #4瓦 #5瓦 #6瓦轴振X 64微米 60 58 31 38 24轴振Y 7376 61 42 52 50 32瓦振 9 4 12 16 9 12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8090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

16、，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21:303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16:003月21日0:00 第一次加重，启机，全速，打闸惰走；3、 3月21日0:003月21日9:00 第二次加重，启机，全速，并网；4、 3月21日9:003

17、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9:009:30 测点 3瓦

18、4瓦 5瓦 6瓦 7瓦9:00:01 32/30/291 43/39/254 19/17/129 20/15/120 22/20/3399:03:01 32/30/295 43/38/253 20/17/126 19/15/115 24/19/3389:07:01 31/29/295 43/38/253 19/16/131 20/15/116 23/19/337系统发生电气故障9:07:07 63/54/229 77/78/253 41/33/121 17/12/113 17/13/189:08:01 70/65/221 73/69/248 41/38/120 14/9/168 19/17/6

19、9:12:02 78/72/220 65/63/250 42/39/126 13/8/135 20/16/3569:17:00 79/73/220 63/60/248 40/38/126 14/8/122 21/17/3359:30:01 74/71/225 59/57/247 37/35/126 14/8/105 19/15/3497机组轴振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）2004年3月18日8:309:10 测点 3轴 4轴 5轴 6轴 7轴8:31:01 40/32/7 73/66/18 36/31/210 45/44/74 25/12/3259:07:01 41/32/7 71/6

20、6/18 36/31/212 45/43/74 26/12/334系统发生电气故障9:07:07 169/154/321 158/143/1862/54/218 48/42/96 29/11/99:08:01 170/171/313 149/146/1057/57/214 50/50/85 33/14/3229:10:01 175/175/311 141/139/9 53/54/216 50/49/85 24/13/325TSI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