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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 發(fā)電機

汽輪發(fā)電機組振動現(xiàn)場診斷方法分析介紹

發(fā)布日期：2022-10-09 點擊率：9

引起汽輪發(fā)電機組振動的原因比較復雜，主要因素較多。例如，一些振動不僅與質量不平衡、不對中等旋轉機械本身的因素有關，而且與運行中電氣、熱膨脹、流體等因素有關，有些還與結構剛度和安裝質量有關。所以需要進行一些有關的振動試驗來確定引起振動的原因。

1對于轉速的升降速振動試驗

該實驗是旨在是確定機組實際的軸系臨界轉速和相位的振動值。因為制造廠商提供的都是計算臨界轉速，在計算中有關參數(shù)的模擬可能與實際機組本身和其安裝條件有些偏差，故計算結果和實際值會有一定的誤差。機組的臨界轉速應以實測結果為準。根據(jù)過臨界轉速時的振動值大小，也可以判斷轉子各階振型的平衡狀況。

該實驗的另一個目的是可以確定轉子是否發(fā)生熱彎曲。如果冷態(tài)下機組啟動過程中過臨界轉速時的振動值不大，但在帶負荷運行一段時間后快速降負荷并解列打閘停機過程中臨界轉速下振動增大許多時，則可以作為判斷轉子產(chǎn)生了熱彎曲的因素之一。

2發(fā)電機勵磁電流試驗

發(fā)電機勵磁電流試驗的目的是判斷機組振動原因，是來自電磁方面還是機械方面，電磁方面的原因可分為兩種：

一是，由于純電磁激振力引起的振動（如發(fā)電機轉子線圈匝間短路以及轉子與定子間的空氣不均勻引起的激振力）；

二是，由于電方面的原因引起的，發(fā)電機受熱不均的熱彎曲而引起的振動。

后者由于轉子熱慣性，其振動值的增大在時間上較勵磁變化滯后，通常只有在發(fā)電機轉子勵磁電流有較大幅度變化時，振動才有明顯改變。勵磁電流試驗是在機組帶上一定負荷時，保持該負荷不變而增大發(fā)電機轉子勵磁電流（降低功率因素）的條件下進行的，發(fā)電機轉子勵磁電流的變化范圍是，以不超過其額定值為限。通常隨著勵磁電流增加，振動值也隨之增大。如試驗曲線呈光滑上升形狀，則說明振動直接與勵磁電流有關，是純電氣原因造成的。如振幅增加呈階梯形，即振動不立即隨勵磁電流的增加而增大，而是到一定時間階躍增加，則振動是因轉子熱彎曲變形增大引起的，通常的原因是轉子冷卻通風道開孔不正確或灰塵、雜物的不均勻堵塞、線圈膨脹受阻等。

并網(wǎng)前后振動變化。如果并網(wǎng)前后振動變化較大，說明轉子上存在不平衡電磁力的作用。例如，電動機出現(xiàn)故障后，可以采用“斷電速查”法，根據(jù)斷電瞬間振動的變化情況判斷電氣缺陷情況。

勵磁電流變化后，振動隨即變化，兩者之間沒有滯后。這種現(xiàn)象說明振動主要是由于電氣缺陷引起的。發(fā)電機轉子線圈出現(xiàn)匝間短路后，振動變化將以基頻為主。發(fā)電機轉子與靜子間的空氣間隙不均勻，將會誘發(fā)較大的二倍頻振動，轉子振動增大的同時，靜子振動一般也會增大。

勵磁電流變化后，振動逐漸變化，一段時間后才能穩(wěn)定下來，振動變化滯后于勵磁電流變化。這種現(xiàn)象說明振動主要是由于熱變形引起的?？赡艿脑蛴校涸验g短路誘發(fā)的轉子部件非對稱熱變形，通風孔堵塞、冷卻水量不均勻等誘發(fā)的轉子冷卻不均勻以及部件松動或膨脹受阻等。

3發(fā)電機冷卻介質溫度試驗
當發(fā)電機轉軸存在不對稱冷卻時，發(fā)電機轉子會發(fā)生熱彎曲，引起振動增大。因此，通過改變冷卻介質的溫度，可以判斷有無不對稱冷卻。對于水冷發(fā)電機可采用改變冷卻水溫試驗，而對于氫冷發(fā)電機可采用改變冷卻氫溫試驗，觀察其變化對振動發(fā)展的影響。雙流式氫冷系統(tǒng)，可以單獨改變發(fā)電機某一端氫冷器的出口氫溫，有助于判斷不對稱冷卻發(fā)生在轉子的哪一端。通常在存在不對稱冷卻故障時，冷卻介質溫度越高，振動越小。

4負荷試驗

負荷改變后，流量、溫度、壓力、聯(lián)軸器傳遞扭矩、汽流激振力、汽缸膨脹、軸承標高等都會發(fā)生變化，從而有可能影響機組振動。負荷試驗可以在空負荷、中間負荷和滿負荷三種狀態(tài)下進行。負荷改變后，應立即測量振動。然后，保持負荷不變，穩(wěn)定一段時間或等振動不變后再次測取振動值。負荷變化后，一般需要穩(wěn)定30分鐘以上。

負荷試驗的目的是判斷機組負荷變化過程中，汽輪機的機械狀態(tài)和熱狀態(tài)的變化對振動的影響。當機組負荷變化時，一方面汽輪機經(jīng)聯(lián)軸節(jié)傳遞到發(fā)電機的扭矩立即會發(fā)生變化，如果聯(lián)軸節(jié)有缺陷，則機組的振動狀態(tài)也會立即發(fā)生變化。另一方面，因流過汽輪機的蒸汽流量變化，會引起汽缸內蒸汽壓力和溫度分布的變化，也即汽輪機汽缸、轉子和軸承座的熱膨脹要相應改變。如果此時汽缸出現(xiàn)不均勻變形而使轉子中心不正，導致軸承不能正常工作或汽缸滑銷系統(tǒng)卡澀等缺陷，機組振動就要發(fā)生變化。由于熱慣性，后者引起的振動變化在時間上要比負荷的改變滯后得多。若試驗結果表明，振動隨負荷的增大立即增大，則說明振動與傳遞的扭矩有關，一般是聯(lián)軸節(jié)有缺陷或齒牙之間負荷不均等原因造成的。負荷試驗時負荷的增加應在運行規(guī)程允許的范圍內進行。試驗時應保持真空等參數(shù)不變。

(1) 負荷改變后振動迅速改變，振動變化與負荷變化之間沒有滯后。

有的機組并網(wǎng)或解列時，振動也會發(fā)生較大變化。這種現(xiàn)象說明振動與轉子熱變形無關。主要是由于變負荷過程中，作用在轉子上的力或力矩發(fā)生了變化，導致轉子上的激振力發(fā)生了變化。激振力改變后，振動隨即改變。

齒式聯(lián)軸器磨損后間隙變大，機組升負荷過程中可能會因傳遞扭矩的變化導致齒套偏向一側而產(chǎn)生不平衡振動。負荷變化、傳遞扭矩變化、齒套偏移、不平衡力變化、振動變化五者之間幾乎是同步的。

加負荷過程中，由于蒸汽流量的增大，汽流激振力越來越大。對于穩(wěn)定性較差的機組，當汽流力增大到一定程度后，會造成機組失穩(wěn)。此時，振動也會隨負荷的增加而突然增加。

有些機組帶負荷過程中，由于傳遞扭矩和部分進汽度的變化，轉軸在軸瓦內的位置會發(fā)生一定變化。如果軸承內最小油膜間隙過小，將會導致轉軸與烏金之間的輕微摩擦和不穩(wěn)定振動。這種振動將隨負荷的增加而快速增加。

(2) 負荷改變初期振動變化較小，一段時間后振動逐漸變化，振動變化滯后于負荷變化。

這種現(xiàn)象說明振動與膨脹不暢或熱變形等因素有關。負荷改變后，汽缸及轉子內部溫度場發(fā)生了變化，機組有可能因此而產(chǎn)生膨脹不暢或熱變形故障。前者改變了支承剛度，后者改變了轉子上的激振力，都會導致振動的變化。由于溫度變化以及由此引起的熱變形和膨脹等都需要時間，因此出現(xiàn)這類故障后，振動變化大多滯后于負荷變化。

檢查機組膨脹是否正常，可根據(jù)汽缸兩側膨脹指示器或自行架設百分表來分析。如果兩側指示相同，但數(shù)值偏小，說明汽缸膨脹不暢；如果兩側指示值差異較大，說明汽缸存在跑偏。汽缸膨脹不暢或跑偏主要是由于汽缸及所屬管道較重、汽缸受管道約束力較大、軸承座與臺板之間缺少潤滑或潤滑油脂干枯、汽缸剛性不足等因素所引起的。這時應力求減少汽缸膨脹阻力和管道約束力，增強汽缸剛度，延長暖機時間。

5變化真空試驗

大型汽輪機低壓轉子軸承通常與排汽缸連成一個整體。凝汽器內建立真空時，在大氣壓力作用下，排汽缸和位于其上的軸承座會下沉。真空變化的過程中，排汽缸溫度也會發(fā)生變化，這些因素都會影響振動。真空試驗的目的在于判別機組振動與真空及排汽溫度之間的關系，也可用于判斷汽缸底部與臺板之間的接觸狀態(tài)。

真空試驗通常是在較低負荷下進行，這時真空變化范圍可以大些。真空變化可以通過改變凝汽器循環(huán)水量來完成。真空改變后，應立即測取振動值，穩(wěn)定半小時后再測一次振動。

(1) 振動隨真空的變化而迅速變化

這種情況多出現(xiàn)在排汽口與凝汽器采用彈性連接的機組上。主要原因有，排汽缸剛度較差、軸承座標高變化影響對中偏差；真空變化過程中，低壓缸動靜部分間隙變化較大并導致了摩擦；排汽缸底部與臺板之間接觸不好。真空變化過程中因排汽缸位置變化，導致排汽缸底部與臺板之間出現(xiàn)松動和支承系統(tǒng)剛度降低。

(2) 振動變化滯后于真空變化

振動變化滯后于真空變化，表明振動與熱狀態(tài)有關，這是因為真空變化的過程中，排汽缸溫度也發(fā)生了變化。這種情況多發(fā)生在排汽口與凝汽器采用剛性連接、且排汽部分剛度又較好的機組上。

6軸承潤滑油試驗

軸承工作狀況對于旋轉機械安全運行非常關鍵。軸承間隙過大、供油不足、油溫不當、載荷過重或過輕等都會使軸承發(fā)生故障。改變軸承潤滑油溫和壓力，也就改變了軸承工作狀態(tài)。通過該試驗，可以分析軸承工作狀況及其對振動的影響。

潤滑油壓試驗時，可以先將油壓升高20～40kPa，觀察振動是否因軸承供油量的增大而發(fā)生變化。如果振動是由于軸承供油不足而引起的，那么供油壓力提高后，振動幅值將明顯變小。

油溫試驗可以在高和低兩種狀態(tài)下進行。油溫改變后，需要立即測量振動。穩(wěn)定30min后再次測量振動。油溫降低過程中，處于穩(wěn)定性邊緣的軸承有可能發(fā)生油膜振蕩，振動突增。試驗中一旦出現(xiàn)這種癥狀，必須立即停止試驗。