大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動故障的特點

王風(fēng)學(xué)

振動故障特征與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

機組振動故障的特征還與機組轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)行機組振動故障的診斷時，不僅僅要分析出故障的類別，其主要目的是找出引起振動故障的具體原因，這洋才能找到解決方法。例如在確定轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動故障時，確認(rèn)是否由轉(zhuǎn)子熱彎曲所引起是比較容易的，診斷的主要目的在于確定引起熱彎曲的具體原因，這樣才能處理解決，而這往往是很困難的。

但實踐表明，機組的結(jié)構(gòu)分析對振動故障診斷是非常重要的，因為機組的振動故障特征是與機組的結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)的，有的故障只能在某種結(jié)構(gòu)情況下才能產(chǎn)生，同一類故障在不同結(jié)構(gòu)形式的機組上其征兆有明顯的不同，如大型發(fā)電機組由于碰磨造成的熱彎曲，其振動響應(yīng)為基頻振動，沒有諧波分量或很小，因為彎曲造成的不平衡響應(yīng)遠(yuǎn)大于碰磨自身的響應(yīng)，而在輕型轉(zhuǎn)子上發(fā)生碰磨現(xiàn)象時，諧波分量則非常豐富，因碰磨造成的轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定性增加；機組的振動傳遞持性與機組的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系；有的故障本身就是因為結(jié)構(gòu)有缺陷或結(jié)構(gòu)不合適而引起。

機組的結(jié)構(gòu)分析包含了機械結(jié)構(gòu)及不平衡響應(yīng)分析兩個方面。比如汽輪發(fā)電機組的機械結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，且千差萬別，不同型號的機組結(jié)構(gòu)各不相同，但還是有許多共同的部分，可以加以初步分類。例如：(1)支承方式：四支承，三支承；(2)軸承座型式：落地式，端蓋式，固定在排汽缸上；(3)聯(lián)軸器：剛性，撓性，半撓性等；(4)軸瓦型式：圓筒瓦，橢圓瓦，三油楔，可傾瓦等。其它還有汽缸膨脹的方式，轉(zhuǎn)子隔板汽封及端部汽封的型式等等。至于不平衡響應(yīng)分析，它主要包括工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的裕度，故障部位不平衡響應(yīng)靈敏的分析等方面。

不同的結(jié)構(gòu)型式可能會引起不同的振動故障，例如以軸承座型式為例，落地式軸承標(biāo)高的變化只與軸承應(yīng)的溫度狀態(tài)有關(guān)，而該溫度變化可按不同的機組近似地進(jìn)行估算，但座落在排汽缸上的軸承座，其標(biāo)高的變化除了與本身的溫度狀態(tài)有關(guān)外，還與排汽缸的變形有關(guān)，還與排汽缸的溫度、排汽真空及排汽缸的剛度有關(guān)，因此兩種軸承座型式會帶來不同的中心變化，在判斷振動故障是否由中心變化引起時必須要分析軸承座結(jié)構(gòu)會引起中心有多大的變化。再如發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸承為端蓋式或落地式時，其振動外特性及振動傳遞特性大不相同，對端蓋式軸承，必須要考慮振動通過定子外殼的傳遞，而落地式軸承則可忽略通過外殼的振動傳遞。

不同的支承型式對工作轉(zhuǎn)速及臨界轉(zhuǎn)速的裕度有不同的要求，三支承型式的轉(zhuǎn)子要求裕度較大，同一類故障，當(dāng)故障部位處于不平衡響應(yīng)敏感區(qū)時，其征兆與處于不敏感區(qū)時有很大的不同。例如動靜摩擦引起的振動故障，如摩擦部位處于轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的敏感區(qū)時，則除了不平衡響應(yīng)的靈敏度大大增加外，影響該振動的相關(guān)量也明顯增加，此時潤滑油(密封油)的油壓、油溫、或影響機組中心變化的有關(guān)因素，有關(guān)轉(zhuǎn)子的運行參數(shù)也均成為影響振動的相關(guān)量。而摩擦部分一旦處于不敏感區(qū)時，相關(guān)量則明顯減少，且摩擦引起振動幅值及相位的變化特性也很不相同。

故障的特征與相關(guān)量的關(guān)系

從上述分析的振動故障的特點可知，振動故障的征兆與多方面的因素有密切關(guān)系，振動的頻譜只是其中的一個方面，并且對大多數(shù)故障來說，還不是主要的方面，因此，頻率分析只能作為大機組振動分析中單方面的依據(jù)，在輔以其它圖譜分析的同時，結(jié)合振動與相關(guān)量的關(guān)系尤為重要。

機組的每一種故障，除了其在振動參數(shù)方面的特征外，均與某些相關(guān)量有關(guān)。尤其是同步轉(zhuǎn)速振動故障，更需要通過與各種相關(guān)量關(guān)系的分析來判斷故障的原因。在現(xiàn)場為尋求振動故障原因而進(jìn)行的各種振動試驗實際上就是探求與各種相關(guān)量的關(guān)系，例如通過變化發(fā)電機轉(zhuǎn)子的無功負(fù)荷(轉(zhuǎn)子電流)來判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子的振動變化量是否由匝間短路所引起。這些相關(guān)量是指各種運行參數(shù)，如主蒸汽及再熱蒸汽的壓力、溫度、流量、排汽溫度、凝汽器真空、潤滑油溫、油壓、各軸承的頂軸油壓、機組的膨脹及相對膨脹、發(fā)電機的有功及無功負(fù)荷、轉(zhuǎn)子電流、冷卻風(fēng)溫、風(fēng)壓或冷卻水的溫度、流量等等。

在大機組中，大部分相關(guān)量已在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS系統(tǒng))中，可利用數(shù)據(jù)通信將這些相關(guān)量傳送到故障診斷系統(tǒng)中去，與振動參數(shù)相結(jié)合，一并加以分析。

根據(jù)目前已有的知識和經(jīng)驗，己可分別列出每一種故障原因與相關(guān)量的具體關(guān)系。目前需要做的工作是盡可能將各種具體故障原因引起的振動故障與有關(guān)相關(guān)量的關(guān)系一一加以列出，當(dāng)根據(jù)上述幾個方面診斷出某種故障有幾種可能的原因時，即根據(jù)與該原因與相關(guān)量的關(guān)系進(jìn)一步確定該故障的原因。

（來源：振動診斷與轉(zhuǎn)子平衡）