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1、大型汽轮机运行特性大型汽轮机运行特性本课程的主要内容本课程的主要内容汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理汽轮机的调峰运行与汽轮机热应力和寿命管理汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题汽轮机启停和正常运行中的几个关键问题汽轮机几种典型运行事故汽轮机几种典型运行事故与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理与运行特性相关的汽轮机几个典型系统及运行管理 汽轮机接受的提高经济性的先进技术汽轮机接受的提高经济性的先进技术汽轮机组状态的监测和故障诊断汽轮机组状态的监测和故障诊断第三章第三章 汽轮机几种典型运行事故汽轮机几种典型运行事故汽轮机常见故障汽轮机常见故障l机组振动机组振动l油系统着火油系统着火
2、l水冲击水冲击l超速超速机组振动故障机组振动故障机组振动故障的现场处理要求机组振动故障的现场处理要求l近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和阅历近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和阅历教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故障的具体缘由时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使障的具体缘由时，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须要现场得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除须要现场阅历外，还应当驾驭确定的基础理论和科学的分析实力，阅历外，还应当驾驭确定的基础理论和科学的分析实力
3、，这样才能快捷地找出故障的准确缘由，提出正确的根治措这样才能快捷地找出故障的准确缘由，提出正确的根治措施，而不致盲目地一概接受现场高速动平衡的方法，使得施，而不致盲目地一概接受现场高速动平衡的方法，使得表面上振动有所减小，事实上没有根治，机组经过一段时表面上振动有所减小，事实上没有根治，机组经过一段时间的运行或检修后，振动重复出现。间的运行或检修后，振动重复出现。汽轮发电机组振动故障特征汇总表汽轮发电机组振动故障特征汇总表序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征1原始质量不平衡原始质量不平衡1X振幅、相位随转速变化，随时间不变，轴心轨迹呈椭圆轨迹或圆轨迹振幅、相位随转速
4、变化，随时间不变，轴心轨迹呈椭圆轨迹或圆轨迹2转子原始弯曲转子原始弯曲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（叶片、平转动部件（叶片、平衡块）飞脱衡块）飞脱1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响振动突增，相位突变到定值，伴随声响5转轴不对中转轴不对中1X、2X高的高的2X或或3X振幅，振幅，1/2临界转速有临界转速有2X共振峰，共振峰，“8”字形轨迹字形轨迹6联轮器松动联轮器松动1X、2X等等与负荷
5、有关与负荷有关7动静碰摩动静碰摩1X、整分数、倍频、整分数、倍频内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加8油膜涡动油膜涡动0.350.5X低频的出现与转速有关低频的出现与转速有关9油膜振荡油膜振荡fcril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振幅振幅10汽流激振汽流激振fcril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，改变负荷即消失负荷即消失11结构共振结构共振1X、分数、
6、倍频、分数、倍频存在明显的共振蜂，与转速有关存在明显的共振蜂，与转速有关12结构刚度不足结构刚度不足1X与转速有关，瓦振轴报接近与转速有关，瓦振轴报接近13转子裂纹转子裂纹1X、2X降速过降速过1/2临界转速有临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大振动峰，随时间逐渐增大汽轮发电机组振动故障特征汇总表汽轮发电机组振动故障特征汇总表(续续)序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征14转子中心孔进油转子中心孔进油1X、0.8X0.9X与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大15转轴截面刚度不对称转轴截面刚度不对称2X1/2临界转速
7、有临界转速有2X振动峰振动峰16轴承座刚度不对称轴承座刚度不对称2X垂直、水平振动差别大垂直、水平振动差别大17轴承磨损轴承磨损1X、次同步、次同步1X、1/2X、1.5X高高18轴承座松动轴承座松动1X与基础振动差别大与基础振动差别大19瓦差松动，紧力不足瓦差松动，紧力不足1X、分频、分频、1/2X可能出现和差振动或拍振可能出现和差振动或拍振20瓦体球面接触不良瓦体球面接触不良1X和其他和其他振幅不稳定振幅不稳定21叶轮松动叶轮松动1X相位不稳定，但恢复性好相位不稳定，但恢复性好22轴承供油不足轴承供油不足1X瓦温、回油温度过高瓦温、回油温度过高23匝间短路匝间短路1X、2X和励磁电流有关和
8、励磁电流有关24冷却通道堵塞冷却通道堵塞1X与风压、时间有关与风压、时间有关25磁力不对中磁力不对中2X随有功增大随有功增大26密封瓦碰摩密封瓦碰摩1X、2X振幅逐渐增大振幅逐渐增大常见振动故障的诊断常见振动故障的诊断l下面介绍机组常见振动故障特征、推断方法。下面介绍机组常见振动故障特征、推断方法。l质量不平衡质量不平衡l转子的弯曲转子的弯曲l动静碰摩动静碰摩l油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振l结构共振结构共振l结构刚度不足结构刚度不足l联轴器不对中联轴器不对中l裂纹转子裂纹转子l转子中心孔进油转子中心孔进油l转子截面刚度不对称转子截面刚度不对称质量不平衡质量不平衡l转子质量不平衡是汽轮发
9、电机组最常见的振转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数的动故障，它约占了故障总数的80。随着制。随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生率正在渐渐削减。断提高，这类故障的发生率正在渐渐削减。即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。动的主要故障。l处理手段：低速动平衡，高速动平衡。处理手段：低速动平衡，高速动平衡。11转子不平衡（转子不平衡（Rotor Imbalance）Shaft centerlineMass centerlineShaft centerl
10、ineMass centerlineStatic imbalanceCoupled imbalance质量不平衡的一般特征质量不平衡的一般特征l最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。中占主要成分。l工频振幅为主的状况应当是稳定的，这包括：工频振幅为主的状况应当是稳定的，这包括：l各次启机；各次启机；l升降速过程；升降速过程；l不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电流等。磁电流等。l工频振动的相位同时也是稳定的。工频振动的相位同时也是稳定的。l其次个主要依据是这种状况的重复性。其次个主要依据是这
11、种状况的重复性。转子质量不平衡的分类特征转子质量不平衡的分类特征l汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的缘由有三个：缘由有三个：l原始不平衡；原始不平衡；l转动过程中的部件飞脱、松动转动过程中的部件飞脱、松动;l转子的热弯曲。转子的热弯曲。l原始不平衡是主要缘由。原始不平衡是主要缘由。原始不平衡原始不平衡l原始质量不平衡指的是转子起先转动之前在转子上已经存在的不平衡。原始质量不平衡指的是转子起先转动之前在转子上已经存在的不平衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。成的。l这种
12、不平衡的特点：这种不平衡的特点：l除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是“稳定稳定”，这个稳定，这个稳定是指在确定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，是指在确定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速时或带负荷的时间持续没有干脆的关联，也不受启动方式的影与升速时或带负荷的时间持续没有干脆的关联，也不受启动方式的影响。响。l具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约20，相位在相位在1020范围内变更的工频振动均可以视为是稳定的。范围内变更的工频振
13、动均可以视为是稳定的。l对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进行对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进行任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。转动部件飞脱和松动转动部件飞脱和松动l汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉金以及平衡质量块；金以及平衡质量块；l飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒钟内以某一瓦振飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒钟内以某一瓦振或轴振为主，振幅快速增大到一个固定值，相位也同时会出或轴振为主，振幅快速增大
14、到一个固定值，相位也同时会出现一个固定的变更。相邻轴承振动也会增大，但变更的量值现一个固定的变更。相邻轴承振动也会增大，但变更的量值不及前者大。这种故障一般发生在机组带有某一负荷的状况。不及前者大。这种故障一般发生在机组带有某一负荷的状况。l发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。l部件松动所造成的工频振动大的状况可以发生在升速、定速部件松动所造成的工频振动大的状况可以发生在升速、定速或带负荷过程。有的状况下大振动会变小，出现波动现象。或带负荷过程。有的状况下大振动会变小，出现波动现象。平衡质量块飞脱的一个案例平衡质量块飞脱的一个
15、案例l某电厂的某电厂的200MW机组大修后启机，机组大修后启机，3、4号轴承振动大进号轴承振动大进行动平衡，接长轴联轴器加重行动平衡，接长轴联轴器加重1600g，用两个，用两个M14的螺钉的螺钉固定，升速到固定，升速到2600rpm时，时，3号轴承旁边发出一声响声，号轴承旁边发出一声响声，振动增大，马上停机，发觉平衡块飞脱。振动增大，马上停机，发觉平衡块飞脱。2600rpm平衡块平衡块飞前，飞前，3号轴振为号轴振为 179mm14，瓦振为，瓦振为 41mm69，飞，飞后后3号轴振为号轴振为 220mm60，瓦振为，瓦振为 47 mm118，平衡，平衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变更约块飞脱使得轴振
16、和瓦振相位变更约60，轴振振幅增加，轴振振幅增加40mm，瓦振振幅增加，瓦振振幅增加 6mm。现场动平衡加重实例现场动平衡加重实例影响系数法影响系数法影响系数法影响系数法l某某200MW机组大修后启动，机组大修后启动，3000 rpm时时3瓦垂直方向振动约瓦垂直方向振动约100mm，确定进行动平衡，确定进行动平衡l平衡计算过程如下：平衡计算过程如下：l原始振动：原始振动：A0=97 mm277l在接长轴试加重：在接长轴试加重：Pt=781g135l再次启机再次启机3000rpm，测：，测：A1=140 mm269l计算影响系数计算影响系数l a=(A1-A0)/Pt=(140 mm269-97
17、 mm277)/781g135l =0.0589(mm/g)116.9l计算最终加重量：计算最终加重量：P=1646.9g340l加重后的结果：加重后的结果：A=17 mm121转转 子子 的的 弯弯 曲曲转子热弯曲转子热弯曲l转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变更。的变更。l随机组参数的提高和高参数下运行时间的持续，工频振幅渐随机组参数的提高和高参数下运行时间的持续，工频振幅渐渐增大，相位也随之缓慢变更，确定时间后这种变更趋缓，渐增大，相位也随之缓慢变更，确定时间后这种变更趋缓，最终基本不变。最终基本不变。l存在热弯曲的
18、转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。l两种状况下的波特图可以用来推断是否存在热弯曲。为此有两种状况下的波特图可以用来推断是否存在热弯曲。为此有时须要支配特地的试验，机组不接受滑参数停机的方式，较时须要支配特地的试验，机组不接受滑参数停机的方式，较快地减负荷，以视察转子温度高的状况下降速过程的幅频特快地减负荷，以视察转子温度高的状况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。性，和冷态启机时进行比对。l一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快复原。因此，测试必一旦转子
19、温度降低，转子的弯曲会很快复原。因此，测试必需在转子弯曲没有完全复原前进行。需在转子弯曲没有完全复原前进行。转子热弯曲产生的缘由转子热弯曲产生的缘由l新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。l有时运行缘由也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、有时运行缘由也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以复原的，引起热弯曲的根源消退后，工频振弯
20、曲都是可以复原的，引起热弯曲的根源消退后，工频振动大的现象也会随之自行消逝。动大的现象也会随之自行消逝。l发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一阶振动影响最大，表现最明显应当在过一阶临界转速时的阶振动影响最大，表现最明显应当在过一阶临界转速时的工频振动增大。工频振动增大。转子永久性弯曲转子永久性弯曲l当转子最大内应力超过材料的屈服极限，当转子最大内应力超过材料的屈服极限，使转子局部产生塑性变形，当外力和热应使转子局部产生塑性变形，当外
21、力和热应力消退后，变形不能消逝，称为：塑性弯力消退后，变形不能消逝，称为：塑性弯曲，也称永久性弯曲曲，也称永久性弯曲l永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入运行，必需进行直轴处理，将会造成很大运行，必需进行直轴处理，将会造成很大的经济损失的经济损失转子永久性弯曲产生的缘由：转子永久性弯曲产生的缘由：l动静摩擦动静摩擦转子径向局部过热膨胀转子径向局部过热膨胀弯曲弯曲l当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的作用方向基本一样，往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环，以致作用方向基本一样，
22、往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环，以致使主轴产生永久性弯曲。使主轴产生永久性弯曲。l停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外缘由进冷水，也停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外缘由进冷水，也会造成主轴弯曲会造成主轴弯曲l进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止l静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到150200时，就会时，就会造成主轴永久性弯曲。造成主轴永久性弯曲。l转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间的运行
23、后，内应力渐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。的运行后，内应力渐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。l另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲防止主轴弯曲的措施：防止主轴弯曲的措施：l汽轮机安装时，必需考虑热状态变更，合理调整动静间隙，汽轮机安装时，必需考虑热状态变更，合理调整动静间隙，以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。l汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程中不产生过大的上下部温差。中不产生过大的上下部温差。l主蒸汽
24、、再热蒸汽及抽汽管道必需有完善的疏水系统。在主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必需有完善的疏水系统。在停机后留意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进停机后留意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进水。水。l运行中加强对机组振动的监视，及早发觉动静摩擦。运行中加强对机组振动的监视，及早发觉动静摩擦。l在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到0.04mm时，必需时，必需打闸停机，不得盲目升速或降速暖机。打闸停机，不得盲目升速或降速暖机。l起动前必需细致检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数，起动前必需细致检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数，在冲转条件不具备状况下，严禁
25、起动。在冲转条件不具备状况下，严禁起动。动静碰摩动静碰摩l汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着现汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。l碰摩使转子产生特别困难的振动，是转子系统发生失稳的一个重要缘碰摩使转子产生特别困难的振动，是转子系统发生失稳的一个重要缘由，轻者使得机组出现猛烈振动，严峻的可以造成转轴永久性弯曲，由，轻者使得机组出现猛烈振动，严峻的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整个轴系毁坏。甚至整个轴系毁坏。l对碰摩的故障特征，进行了很多探讨，但是，这些探讨结果和实际
26、状对碰摩的故障特征，进行了很多探讨，但是，这些探讨结果和实际状况还有距离，因为相同的特征对应着很多其它的故障。况还有距离，因为相同的特征对应着很多其它的故障。l碰摩的诊断是目前具有确定难度的主要振动故障。碰摩的诊断是目前具有确定难度的主要振动故障。l每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程中却往往要走弯路。须要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为程中却往往要走弯路。须要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发觉汽封或通流部分已严峻此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发觉汽封或通流
27、部分已严峻摩擦。摩擦。机组碰摩缘由机组碰摩缘由(1)l机组动静碰摩通常有下列起因：机组动静碰摩通常有下列起因：l转轴振动过大。转轴振动过大。l不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动静间隙值，都可能与静止部位发生大到动静间隙值，都可能与静止部位发生碰摩。因此，碰摩常常是中间过程，而非碰摩。因此，碰摩常常是中间过程，而非根本缘由。根本缘由。l由于不对中等缘由使轴颈处于极端的位置，由于不对中等缘由使轴颈处于极端的位置，整个转子偏斜。整个转子偏斜。l非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。机组碰摩缘由机组碰摩缘由(2)l动静间
28、隙不足动静间隙不足l有时是设计上的缺陷所造成的。也常常是安装、检修的缘有时是设计上的缺陷所造成的。也常常是安装、检修的缘由，动静间隙调整不符合规定所致。由，动静间隙调整不符合规定所致。l动静间隙是受多种因素影响的。如动静间隙是受多种因素影响的。如:l真空、凝汽器灌水、缸温等，真空、凝汽器灌水、缸温等，l即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变更即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变更l缸体跑偏、弯曲或变形缸体跑偏、弯曲或变形l机组高压转子前汽封比较长，启机中参数驾驭不当简洁造机组高压转子前汽封比较长，启机中参数驾驭不当简洁造成这个部位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约成这个
29、部位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约有近有近30台机组发生过这样的故障。台机组发生过这样的故障。l开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的主要运行缘由之一。摩弯轴的主要运行缘由之一。碰摩的后果：碰摩的后果：l轻的：轻的：汽封磨损汽封磨损汽封漏汽量增大汽封漏汽量增大降低汽轮机效率降低汽轮机效率l重的：重的：叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏碰摩通常发生的部位：碰摩通常发生的部位：l隔板汽封隔板汽封l叶片围带汽封叶片围带汽封l轴端汽封轴端汽封l各轴承的油挡部位各轴承的油挡部位l发电
30、机的径向碰摩通常发生在密封瓦处发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处碰摩发生的机理碰摩发生的机理碰摩的种类碰摩的种类l全周碰摩全周碰摩转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。l发生全周碰摩的静子在发生全周碰摩的静子在360周向都要接触，转子可以是周向都要接触，转子可以是只有部分弧段接触，也可以是全局接触。只有部分弧段接触，也可以是全局接触。l部分碰摩部分碰摩转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。l部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。碰摩的三种物理现象碰摩的三种物理现象l l碰撞碰撞碰撞碰撞
31、l l由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固有频率，是整个振动响应的主要成分。有频率，是整个振动响应的主要成分。有频率，是整个振动响应的主要成分。有频率，是整个振动响应的主要成分。l l摩擦摩擦摩擦摩擦l l转子刚度的变更转子刚度的变更转
32、子刚度的变更转子刚度的变更l l碰摩的响应碰摩的响应碰摩的响应碰摩的响应l l碰摩转子的响应中应当含有次同步、同步和超同步等谐波碰摩转子的响应中应当含有次同步、同步和超同步等谐波碰摩转子的响应中应当含有次同步、同步和超同步等谐波碰摩转子的响应中应当含有次同步、同步和超同步等谐波成分。成分。成分。成分。l l实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，
33、使得各频结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际信号中困难化。不同的状况次同步和超同步谱成分在实际信号中困难化。不同的状况次同步和超同步谱成分在实际信号中困难化。不同的状况次同步和超同步谱成分在实际信号中困难化。不同的状况次同步和超同步会呈现不同的量值。会呈现不同的量值。会呈现不同的量值。会呈现不同的量值。碰摩转子的动力特性碰摩转子的动力特性l碰摩发生时作用在转轴上有两种力：碰摩发生时作用在转轴上有两种力：l冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起
34、转轴的反弹运动。动。l碰摩时的冲击效应有下列特点：碰摩时的冲击效应有下列特点：l由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应l由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。l撞击时具有高的法向力和切向力。撞击时具有高的法向力和切向力。l接触材料之间存在着能量的吸取和转移。接触材料之间存在着能量的吸取和转移。l接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。性。l摩
35、擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。反。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。l碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号含有丰富的谐波重量。振动信号含有丰富的谐波重量。l碰摩的高度非线性使其常常带有混沌特性。碰摩的高度非线性使其常常带有混沌特性。l严峻的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。严峻的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰
36、摩，甚至能完全脱离碰摩状态。l摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振动增大。工频振动增大。碰摩的信号特征碰摩的信号特征l碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有亲密的关系，在某一时刻出现的征兆，条件有亲密的关系，在某一时刻出现的征兆，在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障的表现带有一些不确定性。的表现带有一些不确定性。碰摩的诊断碰摩的诊断l碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。假如认定了碰摩，常须要碰摩的现场诊断是一
37、项难度比较大的技术。假如认定了碰摩，常须要开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高精确性。开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高精确性。l现有的诊断方法主要还是依据振幅、频谱和轴心轨迹进行推断。另外现有的诊断方法主要还是依据振幅、频谱和轴心轨迹进行推断。另外还可以视察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的还可以视察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的变更。单纯用瓦振信号进行推断，只能看到频谱。转轴信号可以供应变更。单纯用瓦振信号进行推断，只能看到频谱。转轴信号可以供应丰富的碰摩信息。丰富的碰摩信息。l机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。机组升降速的波特图
38、、极坐标图和级联图、全频谱级联图。l现场运行人员在启机过程常实行现场运行人员在启机过程常实行“听诊听诊”的方法，对碰摩的确定有时的方法，对碰摩的确定有时也是有用的。但要留意，由于中学压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是有用的。但要留意，由于中学压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声比较简洁听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生比较简洁听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生碰摩的确定性判据。碰摩的确定性判据。防止动静碰磨的技术措施：防止动静碰磨的技术措施：l依
39、据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各依据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各部位的动静间隙部位的动静间隙l细致分析转子和汽缸的膨胀特点和变更规律，在起动、细致分析转子和汽缸的膨胀特点和变更规律，在起动、停机和变工况时留意对胀差的限制和调整停机和变工况时留意对胀差的限制和调整l在机组起停过程中，应严格限制上下缸温差、蒸汽参数在机组起停过程中，应严格限制上下缸温差、蒸汽参数的变更、监视段压力及轴的窜动的变更、监视段压力及轴的窜动l在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水l起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不起动前及升速过
40、程中，应严格监视转子晃度和振动，不得在超限增况下强行起动得在超限增况下强行起动一台机组碰摩实例一台机组碰摩实例l某某200MW机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。l碰摩状况：碰摩状况：l启动按常规进行到启动按常规进行到3000 rpm定速，保持定速，保持2小时准备做超速试小时准备做超速试验，这时运行人员先试验同步器，将转速降到验，这时运行人员先试验同步器，将转速降到2350 rpm又又很快回升到很快回升到3000 rpm，这时，这时3号轴承振动从号轴承振动从20mm起先急剧起先急剧增大，主要是工频成分，增大，主要是工频成分，2、4号轴承振动也同时
41、上升，并号轴承振动也同时上升，并发觉发觉3号轴承处涌出大量烟雾。大约经过号轴承处涌出大量烟雾。大约经过7min，3号轴承振号轴承振幅已上升到幅已上升到75mm，随后紧急打闸停机。揭开，随后紧急打闸停机。揭开3号轴承盖，号轴承盖，发觉大轴与发觉大轴与3号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹槽深号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹槽深34mm，宽，宽56mm，张角，张角60轴承振动状况轴承振动状况该案例说明：该案例说明：碰摩时各振动碰摩时各振动重量增加的速重量增加的速度很快。由于度很快。由于打闸刚好，幸打闸刚好，幸未造成严峻事未造成严峻事故。故。轴颈磨损状况轴颈磨损状况碰摩时轴承振动瀑布图碰摩时轴承振动瀑布
42、图碰摩中降速过程和处理后降速过程碰摩中降速过程和处理后降速过程轴承振动级联图轴承振动级联图油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振l这是一种自激振动。这是一种自激振动。l自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶临界转速为振动频率，它的出现与转速或负荷亲密相临界转速为振动频率，它的出现与转速或负荷亲密相关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种机制。机制。l自激振动和强迫振动本质上的区分在于：自激振动和强迫振动本质上的区分在于：l自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所自激振动中，维持振动的扰
43、动力是由它自身的运动所产生并受其限制的，一旦运动停止，扰动力随之消逝；产生并受其限制的，一旦运动停止，扰动力随之消逝；l自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。率无关。l强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍旧会存在。系统振动的频率与交即使振动停止，它仍旧会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相等。变作用力的频率相等。旋转机械中可以产生涡动和振荡的最旋转机械中可以产生涡动和振荡的最主要的振源：主要的振源：l转子内部阻尼；转子内部阻尼；l动压轴承和密封、油封；动压
44、轴承和密封、油封；l汽封；汽封；l汽轮机组的气动耦合；汽轮机组的气动耦合；l顶隙激振；顶隙激振；l叶轮叶轮通流部分相互作用力；通流部分相互作用力；l转子内滞留液体；转子内滞留液体；l干摩擦碰摩；干摩擦碰摩；l扭转变形涡动；扭转变形涡动；l弯扭耦合。弯扭耦合。实际中时而可见的汽轮发电机组轴系动实际中时而可见的汽轮发电机组轴系动力失稳的类型：力失稳的类型：l滑动轴承油膜失稳造成的半速涡动和油滑动轴承油膜失稳造成的半速涡动和油膜振荡；膜振荡；l汽流激振；汽流激振；l转轴材料内阻引起的不稳定振动、转轴转轴材料内阻引起的不稳定振动、转轴和套装叶轮之间的内摩擦以及中心孔进和套装叶轮之间的内摩擦以及中心孔进
45、油造成的振动等。油造成的振动等。一个失稳问题的实例一个失稳问题的实例l某苏制某苏制BT503型双抽凝汽式机组，高压转子，型双抽凝汽式机组，高压转子，低压转子的临界转速分别是低压转子的临界转速分别是1800 rpm和和1900 rpm，发电机转子临界转速是发电机转子临界转速是1365 rpm。l机组的主要问题是：机组的主要问题是：l2号瓦常常碎瓦。据记载，从号瓦常常碎瓦。据记载，从1980年到年到1991年底，对年底，对2号瓦上、下瓦共进行过号瓦上、下瓦共进行过12次补焊、浇乌金或换备品次补焊、浇乌金或换备品瓦。瓦。l多次测量表明，机组的振动特征为：多次测量表明，机组的振动特征为：l高压转子随负
46、荷增大而出现的突发性半周振动。随高压转子随负荷增大而出现的突发性半周振动。随时间推移，机组振动日趋恶化，出现半周振动的起时间推移，机组振动日趋恶化，出现半周振动的起始负荷区域在不断扩大，发生大振动次数增多。始负荷区域在不断扩大，发生大振动次数增多。l这台机组的振动带有典型性，它是以轴系的失稳为这台机组的振动带有典型性，它是以轴系的失稳为主，同时存在其他振动缺陷。主，同时存在其他振动缺陷。机组振动问题的处理要点机组振动问题的处理要点l实行了系列措施后，半周振动一步步减小。这些实行了系列措施后，半周振动一步步减小。这些措施中，没有发觉哪一项有特别显著的效果，也措施中，没有发觉哪一项有特别显著的效果
47、，也没有发觉某项没有任何作用。没有发觉某项没有任何作用。l修复三号瓦、前端加重、联轴器加重、调整联轴修复三号瓦、前端加重、联轴器加重、调整联轴器罩器罩l分析后认为：机组的分析后认为：机组的1、2号轴瓦是半速涡动的重号轴瓦是半速涡动的重要缘由，联轴器、联轴器罩、不平衡重以及汽流要缘由，联轴器、联轴器罩、不平衡重以及汽流力也都有干脆影响。这些因素相互交织、综合作力也都有干脆影响。这些因素相互交织、综合作用，使得该机组与单一因素造成的机组振动不同，用，使得该机组与单一因素造成的机组振动不同，振动缺陷长期以来难以推断和解决。振动缺陷长期以来难以推断和解决。l高压转子的半频振动是非典型的油膜半速涡动。高
48、压转子的半频振动是非典型的油膜半速涡动。表现为和负荷有亲密关系，受工频振动影响显著，表现为和负荷有亲密关系，受工频振动影响显著，与转速的联系不很明显。与转速的联系不很明显。结构共振结构共振l假如结构系统存在和激振力一样的固有频率，发生共振现假如结构系统存在和激振力一样的固有频率，发生共振现象，这就是结构共振。象，这就是结构共振。l汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式：汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式：l转子转子支撑结构系统；支撑结构系统；l转子转子支撑支撑缸体结构系统；缸体结构系统；l转子转子支撑支撑台板结构系统。台板结构系统。l上述三种结构形式中，假如支撑、缸体或台板存在与转子上述三种结
49、构形式中，假如支撑、缸体或台板存在与转子激振力一样的自振频率，在确定条件下会发生共振。造成激振力一样的自振频率，在确定条件下会发生共振。造成共振的激振力大多数来自于转子的不平衡力，因此。共振共振的激振力大多数来自于转子的不平衡力，因此。共振频率与转速同频。频率与转速同频。结构共振的特点结构共振的特点结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输结构共振是小激振力的输入产生高振幅的输出。共振时的响应取决于结构系统的频响特出。共振时的响应取决于结构系统的频响特性，激振力的大小不起关键作用。性，激振力的大小不起关键作用。机组结构设计时应使与转子关联的结构自振机组结构设计时应使与转子关联的结构自振频率避开频率
50、避开50Hz和其他一些特殊频率点、频率和其他一些特殊频率点、频率区，如发电机、励磁机结构应避开区，如发电机、励磁机结构应避开100Hz，汽，汽轮机结构应避开轮机结构应避开25Hz、100Hz等。等。结构共振结构共振&过临界转速时的振动对比过临界转速时的振动对比v转子在同步的不平衡力作用下过临界转速时所表现出来的转子在同步的不平衡力作用下过临界转速时所表现出来的轴振动峰，事实上是转子自身结构的共振响应，假如此时轴振动峰，事实上是转子自身结构的共振响应，假如此时瓦振出现过高的振动峰，甚至瓦振大于轴振，则可以推断瓦振出现过高的振动峰，甚至瓦振大于轴振，则可以推断轴承支撑结构系统在这个转速下发生了共振