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1、汽轮机状态监测、故障诊断与汽轮机状态监测、故障诊断与状态检修状态检修主要内容主要内容1.状态监测、故障诊断与状态检修的基本概念2.汽轮机设备状态监测、故障诊断与状态检修1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.1状态监测状态监测设备状态监测，是指用人工或专用的仪器工具，按照规定的监测点对能反映设备性能状态的某些参数(如振动、温度、压力、湿度、位移、端差、真空等）进行间断或连续的监测，以掌握设备异常的征兆和劣化程度。汽轮机及辅助设备人或专用仪器监测设备状态判断运行或设备状态参数图图1.1 1.1 设备状态监测流程设备状态监测流程1.1.状态监测、故障诊断
2、与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念设备的状态监测方法：在线监测、离线监测、定期解体点检。在线监测：是通过电厂的DCS、DAS、DEH、MIS等系统在线监测和显示各设备状态的特征参数；离线监测：是采用便携式振动监测仪、油液分析仪、红外线热成像仪、超声波检漏仪等对设备进行定期或不定期监测获得设备状态的特征参数；定期解体点检：是在设备的大、小修，低谷消缺，设备停运期间按设备解体点检标准、检修工艺及作业标准对设备解体以判断设备部件可能发生的劣化倾向状态。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.2故障诊断故障诊断设备故障诊断，是指在设备运行
3、中或基本不拆卸的情况下，根据设备的运行技术状态运行技术状态，判断故障的部位和原因，并预测设备今后的技术状态变化。设备技术状态是指：(1)设备的强度和性能，如汽轮机内效率、振动情况、润滑油温、轴向位移、真空等；(2)设备所受的应力；（如叶片、转子、汽缸）(3)设备的故障和劣化。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.3状态检修状态检修检修体制的演变经过了2个阶段：事后检修和预防性检修。事后检修：也称故障检修，是最早的检修方式，这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运行的时候才进行检修。采用这种检修方式需要付出很大的代价和检修费
4、用，不仅检修不足而且会严重的威胁到设备和人身的安全。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念预防性检修：是设备还没有发生故障，即对设备进行维修，以预防设备发生故障。预防性检修是第二次产业革命时期，开始推行的，经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现了定期检修、以可靠性为中心的检修、状态检修、故障查找、使用至损害再修等7种检修方式；其中以定期检修和状态检修这两种检修方式最为主要。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念定期检修:定期检修也称计划检修，这种检修方式以时间为依据，根据长期实践经验,预先设定检修
5、工作内容与周期。我国电力工业的定期检修制度是20世纪50年代从前苏联引入的。直到80年代定期检修仍是主流的检修制度。定期检修主要是根据设备的运行周期，编制设备的大修与小修计划，贯彻预防为主的方针，当设备到达检修的时间周期时，不论设备是否有缺陷和问题，都要停下来进行检修。特点是“到期必修，修必修好”。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念采用定期检修,可以把故障隐患消灭在萌芽状态,避免大量严重故障或事故的发生，定期检修在保证重大设备正常工作中确实起到了直接防止和延迟故障的作用，但实践证明，定期检修制度不可避免地存在两大缺点：检修过剩与检修不足。检修过剩会
6、增加生产成本,检修不足则造成故障停机和事后检修,两者都影响企业的经济效益。在这种形势下，将机械设备状态监测和故障诊断技术纳入设备管理检修体制，发展了状态检修。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念状态检修:状态检修也称为预知性检修或预测维修，这种检修方式是在定期检修和监测技术的基础上，发展形成的一种新的检修制度。利用在线或离线监测监测技术，以设备当前的状况为依据，通过状态监测，识别故障识别故障的早期征兆，对故障部位、严重程度及发展趋势作出判断判断，确定设备是否存在缺陷与问题缺陷与问题、是否需要退出运行进行必要的检检修修，判断设备最佳检修时机最佳检修时机
7、。状态检修的特点是“该修则修，修必修好”。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的检修方式，它作为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念设备状态监测和诊断技术是两项既有区别又密切联系的设备管理技术。设备状态监测是状态检修的初级阶段，而设备诊断技术是状态监测后的识别和判断阶段。设备状态监测是状态检修的核心。设备状态监测和诊断技术是实施状态检修、预知检修的重要基础。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念实践证明，设备状态检修可以实现经济效益和社会效益上
8、的提高。主要表现在以下三个方面：1.能够充分利用已有的状态信息，通过多方位、多角度的分析，最大限度地把握设备的状态，依此制定合理的检修维护策略；2.可以通过适时的检修来避免重要设备故障，同时又避免了不必要的检修作业，以此在有限检修经费中寻求优化分配使用。特别是在做到能对设备的寿命进行正确估计后，就可以更有效地储存和安排设备备件，这可节省大量的备品经费。3.通过设备的状态分析，对于预防类似事故、提高设备监督管理水平具有重要的指导意义。2.2.汽轮机设备状态监测与故障诊断汽轮机设备状态监测与故障诊断设备的状态监测和分析诊断是状态检修的先决条件，只有完善汽轮发电机组的状态监测和分析诊断技术，及时做出
9、故障诊断，才能够做到时机合理的状态检修。针对汽轮机设备，目前国内外常用的状态监测和分析诊断技术有：振动监测与诊断技术、油液污染监测技术、转子应力监测技术、汽轮机性能监测技术等。2.2.汽轮机设备状态监测与故障诊断汽轮机设备状态监测与故障诊断2.1 振动监测分析与诊断2.2 汽轮机性能监测2.1 振动监测分析与诊断2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测与诊断2.1.2 汽轮机叶片振动监测2.1.1 2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测汽轮发电机组轴系振动监测与诊断与诊断2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数2.1.1
10、.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准2.1.1.4 2.1.1.4 机组振动故障诊断方法机组振动故障诊断方法2.1.1.5 2.1.1.5 机组振动故障分类机组振动故障分类2.1.1.6 2.1.1.6 机组振动故障诊断机组振动故障诊断2.1.1 2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测汽轮发电机组轴系振动监测分析与诊断分析与诊断通常情况下，旋转设备的损坏都会在振动强度上有所表现。振动信号中包含了丰富的机组状态信息，当机组状态发生变化时，其振动形态也将随之发生改变。对机组振动进行监测，并利用适当方法对监测到的信号进行分析，可提取反映设备状态的信息。振动监测由振动传感器和分析系统组成，带有
11、分析功能的监测系统，可获取较为全面的振动信息，包括幅值、相位、频率、振动波形、轴心轨迹和振动趋势等，根据这些信息可判断振动的起因，进行事故分析。2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器种类：电涡流位移传电涡流位移传感器感器、速度传感器速度传感器、加速度传感器。加速度传感器。电涡流传感器：电涡流传感器：一一 组成组成有扁平的感应线圈，把它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆相连。图2.1电涡流传感器外形1头部线圈；2螺母：3引出线 二二 工作原理工作原理 当头部线圈通上高频（1-2MHz）电流时，线圈L周围就产生了高频电磁场。如果线圈附近有一金属板，金属
12、板内就要产生感应电流。这种电流在金属板内是闭合的，所以叫做涡流。根据焦耳楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了线圈的电感。电感的变化程度，与线圈的外形尺寸、线圈及金属板之间的距离、金属体材料的电阻率、导磁率、激励电流强度、频率及线圈的几何形状等参数有关。假定金属体是均质的，其性能是线性和各向同性的，则线圈的电感可用如下函数来表示：当被测材料一定时，电阻率 、导磁率 为常数；具体仪表中，激励电流强度 、频率 为定值；传感器制成后，线圈的几何形状 也为常数。可见，如果控制 恒定不变，那么电感就成为距离 的单值函数。位移的变化，引起电感变化，使传感器的输出
13、频率发生变化，即 。将传感器的涡流线圈接入振荡回路，振荡回路输出一个与d值有关的高频谐波，经高频放大、检波、滤波后，便可得到一个与d值大小成正比的输出电压。输出电压的直流分量表示线圈与金属之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在振动，则有交流电压输出，它表示金属板相对于线圏的位移值，因此这种传感器又称位移传感器。它不但可作静态测量，而且还可以作动态测量。电涡流传感器测得交直流信号是叠加在线圏的高频电源上的，易受干扰，必须在附近设置由放大器、检波器和滤波器组成的前置器，将振动信号放大并检出后送到振动仪。前置器到电涡流传感器这段高频电缆，是由制造厂精心调配好的，不同型号或不同系列的传感器不能互换，而
14、且不能延长和截短。有些电涡流传感器为了安装方便，制造厂配制了延长线，目前最长达10m，凡是配制了延长线的电涡流传感器，使用时必须将延长线接上，否则仪表指示值和零位与实际不符。三三 传感器的安装传感器的安装 正确安装传感器是准确测量的前提，任何一种影响电涡流效应因素的出现，均会造成测量的结果不可信，使用中必须考虑这些因素的影响。1.1.对工作温度的要求对工作温度的要求 一般涡流传感器最高容许温度 ，目前国产涡流传感器最高容许温度大部分是在 以下，实际上工作温度超过 ，不仅灵敏度会显著降低，还会造成传感器的损坏，因此测量汽轮机高、中、低转轴振动时，传感器必须安装在轴瓦内，只有特制的高温涡流传感器才
15、容许安装在汽封附近。2 2对被测体的要求对被测体的要求 为防止电涡流产生的磁场影响仪器的正常输出，安装时传感器头部四周必须留有一定范围的非导电介质空间。若被测体与传感器间不允许留有空间，可采用绝缘材料灌封。若在测试过程中在某一部位需要同时安装两个或两上以上传感器，为避免交叉干扰，两个传感器之间应保持一定的距离。5mm探头安装时，应保证端部之间的距离不少于1.5英寸(38.1mm)。另外，被测体表面积应为探头直径的3倍以上；表面不应有锤击，撞伤以及小孔和缝隙等，不允许表面电镀。被测体材料应与探头、前置器标定的材料一致，否则需重校。3 3对探头支架的要求对探头支架的要求 探头通过支架固定在轴承座上
16、，支架应有足够的刚度以提高其自振频率，避免或减小被测体振动时支架的受激自振。一般而言，支架的自振频率至少应为机器旋转速度的10倍。支架分为永久性、半永久性和临时性三种。永久性固定支架用于油介质密封的被测系统。例如：在高压腔内或密封环外测油膜厚度，安装时传感器用高性能粘接剂灌封，干固后连同轴或轴瓦一起精加工，直至达到工艺要求。半永久性固定用于一般位移振动测量，为便于调整间隙，常设计成可调式，一旦调试完毕，常用螺丝拧紧。临时性固定一般用于实验或简单现场测试，常用磁力表架。虽然探头的中心线以垂直位置变化15，对变送器系统的特性无影响，但支架支撑的探头，位置应与被监视的表面垂直。4.4.对初始间隙的要
17、求对初始间隙的要求 各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压（传感器顶部与被测物体之间间隙，在仪表上指示一般是电压）值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器时必须调整好合适的初始间隙。转子旋转和机组带负荷后，转子相对于传感器将发生位移。如把传感器装在轴承顶部，其间隙将减少；如装在轴承水平方向，其间隙取决于转子旋转方向；当转向一定时，其间隙取决于安装在右侧还是左侧。为了获得合适的工作间隙值，在安装时应估算转子从静态到转动状态机组带负荷后轴颈位移值和位移方向，以便在调整初始间隙时给予考虑。根据现场使用经验，转子从静态到工作转速，轴颈抬高大约为轴瓦间隙的1/2；水平方向位移与轴瓦形式、轴瓦两侧间
18、隙和机组滑销系统工作状况有关，一般位移值为0.050.20mm。轴颈在轴瓦内发生位移除与转速有关外，还与机组有功负荷有关，对于质量较小的汽机高压转子和带减速器的转轴，在部分进汽和齿轮传递力矩作用下，会把轴颈推向轴瓦的一侧，其位移值有可能接近于轴瓦的直径间隙。在调整传感器初始间隙时，除了要考虑上述这些因素外，还要考虑最大振动值和转子原始晃摆值。传感器初始间隙应大于转轴可能发生的最大振幅和转轴原始晃摆值的1/2。5 5安装步骤安装步骤1)探头插入安装孔之前，应保证孔内无杂物，探头能自由转动而不会与导线缠绕。2)为避免擦伤探头端部或监视表面，可用非金属测隙规测定探头的间隙。3)也可采用连接探头导线到
19、接长电缆及前置器的电气方法整定探头间隙。当探头间隙已调整适合后，旋紧防松螺母。此时应注意，过份旋紧会使螺纹损坏。探头被固定后，探头的导线亦需牢固。延长电缆的长度(指探头至前置器之间的距离)，应与前置器所需的长度一致。任意地加长或缩短均将导致测量误差。前置器应置于铸铝的盒子内，以免机械损坏及污染。不允许盒子上附有多余的电缆，在不改变探头到前置器电缆长度的前提下，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安装成本，简化从前置器到监视器的电缆布线。采用适当的隔离和屏蔽接地，将信号所受的干扰降至最低限度。信号电缆的屏蔽层只允许单端接地，以避免形成接地回路。四、位移传感器的特点四、位移传感器的特点 1.可以
20、直接测量转轴振动，而且能作静态和动态测量，适用于绝大多数机器的环境条件。2.输出信号与振动位移成正比，对于采用振幅描述振动状态的大多数机器来说，它可以获得较髙的输出信号 3.结构简单、尺寸小，对于，汽轮发电机组振动来说，具有合适的频响范围，标定较容易。4.除测量振动和部件静态位置外，还可测量轴中心的位置，启动过程轴中心的移动轨迹，轴承中心的变化等。此外，还可以作为转速测量和振动相位测量的键相信号。5.当测量振动物体材料不同时，影响传感器线性范围和灵敏度，需要重新标定。6.需外加电源，安装比较麻烦，要求十分严格，必须配前置器。2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器速度传感器
21、：速度传感器属于接触式传感器，用来测量轴承座、机壳或者基础的振动。一、工作原理一、工作原理它的工作原理实际上是一个往复式永磁小发电机。按其支承系统工作原理分，有绝对式和相对式两种。图图2.2 2.2 速度传感器速度传感器绝对式速度传感器的结构如图所示：绝对式速度传感器的结构如图所示：图2.3 绝对式速度传感器的结构 1簧片 2永久磁钢 3阻尼杯 4导磁体 5 连接杆 6外壳 7动线圈 8引出线接头当传感器的外壳固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，传感器的磁钢2与壳体6固定在一起。而处在空气间隙内的动线圈是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率n较低。当振动物体的振动频率1
22、.5n时，动线圈处在相对（相对于传感器外壳)静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圏切割磁力线而产生感应电动势E E=BLv式中 B磁场强度；L感应线圏导线长度；V 相对运动速度。当B、L一定时，输出电动势E正比于振动速度v，所以称它为速度传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称为绝对式速度传感器，或称地震式速度传感器。相对式速度传感器工作原理和绝对式速度传感器基本相同，不同的是动线圈采用较硬的簧片和外壳固定，与动线圈直接相连的拾振杆伸出传感器外壳，测量振动时将拾振杆直接压在物体上，传感器外壳固定在支架上，测量的振动是表示支架相对于物体的振动，所以称它为相对式速度传
23、感器。由于拾振杆与振动物体间存在摩擦，因此这种传感器目前很少采用。二、速度传感器的安装二、速度传感器的安装 速度传感器一般是用来测量轴承振动的，在少数情况下也用来测量转轴振动。测量轴承振动时，速度传感器安装比较简单，目前在现场采用的有手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盘固定、螺栓固定等四种方式。在临时性振动测试中，绝大多数采用手扶传感器，这种方式测试灵活、使用方便，特别是当传感器数目不足和各个传感器互换性不好时，它有突出的优点；但是测试误差较大，而且劳动强度也大。用橡皮泥粘接传感器比较方便，测量正确性较手扶高得多，但是橡皮泥黏性不大，它不能将传感器粘接到垂直平面上，只能固定在水平面上，例如测量轴承座顶部
24、垂直、水平、轴向振动。在粘接牢靠时，50Hz时，最大能测量300um振动。橡皮泥粘接传感器的主要缺点是其粘接力受温度影响较大，温度较高和较低都使粘接力显著降低，因此它不适用于温度较高的汽机高中压转子和带盘车齿轮的轴承；冬季冷态启动时，轴承温度过低也不宜采用。永磁吸盘固定传感器较橡皮泥更方便，而且目前国内也能制造出尺寸为或50mm50mm的永磁吸盘，其吸力能达196N，用这样的吸盘固定500g以下的传感器，吸附在水平面上，最大可测量1000um振动。但是一般机组轴承座都涂有泥子和油漆，使吸盘的吸力降低，因此当吸附在垂直平面上、振幅较大时，仍需手扶，以免脱落，摔坏传感器。用螺栓直接将传感器固定在轴
25、承上，不仅可以牢靠地测量轴承座顶部三个方向振动，而且可以测量垂直平面上两个方向振动。这种安装方法是四种安装方法中最牢靠地一种，所以在固定式传感器安装中均采用这种方法，临时性测试中显得有些麻烦。为了获得正确的测量结果，速度传感器的安装应注意下列几点：1.工作温度 一般速度传感器工作温度均在以下，温度过高会使传感器绝缘损坏和退磁，使其灵敏度降低。对于高中压转子的轴承，当其轴封漏汽严重时，传感器不能较长时间装在轴承上。2.避免传感器固定不稳和共振 不论是采用哪一种方式与轴承连接，传感器都必须紧密地固定在被测物体上，不能有松动，否则会引起传感器的撞击，使测量结果失真。传感器采用单个螺丝固定，有时会引起
26、传感器的共振，使传感器产生较明显的横向振动，引起测量误差。为了避免传感器固定在振动物体上发生共振，其连接螺栓不能小于M8，而且传感器与被测物体之间的接触面要平整，接触面的直径不能小于20mm。如果采用外加的夹具把传感器固定在轴承座上，夹具高度应尽量降低，否则会把被测的振动放大。3.3.测点位置前后一致测点位置前后一致 一般机组的轴承在不同的位置振动有较大的差别，因此凡是采用手扶、橡皮泥粘接和永磁吸盘固定传感器，都应标出测点位置，避免因前后测点位置不同而发生误差。这一点对于振动故障诊断和转子平衡中振动测量尤为重要。4.4.传感器的互换性传感器的互换性 为了减轻测试中劳动强度，目前在机组振动测试中
27、一般采用几个至十几个传感器测量各点振动。对同一点振动来说，当前后采用不同的传感器测量时，各个传感器灵敏度和相位特性应统一，只有经过严格试验的传感器在测试中才能互换，否则会引起较大的测量误差。为了避免因传感器互换性不好而引起的测量误差，传感器应对号入座（测点）。但其测量结果只能作纵向（前后）比较，为了横向比较，最好采用同一个传感器测量各点振动。5.5.传感器安装方向与要求测量方向应一致传感器安装方向与要求测量方向应一致轴承振动往往在某一方向上特别显著，当传感器方向稍为偏离测量方向时，表计指示值就会发生较大的变化，特别时采用手扶传感器时，传感器不大的偏斜往往不易觉察；另外采用橡皮泥粘接传感器时，由
28、于轴承温度升高时橡皮泥会软化，使传感器产生倾斜而偏离测量方向。测振时应随时注意传感器安装方向。三、速度传感器的特点三、速度传感器的特点 1.安装简单，可适用于绝大多数机器的环境条件，对于汽轮发电机组振动来说，它具有合适的频率响应范围。2.不需外加电源，振动信号可以不经任何处理传送到需要的地方。3.体积、重量较大，活动部件易损坏，低频响应不好，一般测量15Hz以下的振动时，将产生较大的振幅和相位误差。4.标定较麻烦，只能作动态测量，价格较贵。2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器加速度传感器：加速度传感器利用压电材料（如石英、陶瓷和酒石酸钾钠等的压电特性，当有外力作用在这些
29、材料上时便图图2.4 2.4 加速度传感器加速度传感器产生电荷，输出电荷与振动加速度成正比，所以称为加速度传感器。加速度传感器不能作静态测量，只能作动态测量。采用加速度传感器要获得振动速度信号，必须经一次积分，要获得振动位移信号，必须经两次枳分，由此使原来的振动信号衰减98%以上，灵敏度显得不足，而且受外界干扰影响较大，所以加速度传感器结构虽然简单，而且特别牢靠，但在汽轮发电机组振动测试中一直没冇得到广泛的应用。复合式振动传感器:由一个电涡流传感器和一个速度传感器组合而成，放在一个壳体内，壳体可以安装在机组的同一个测点上。电涡流传感器用于测量主轴相对于轴承座的振动，即主轴的相对振动，而速度传感
30、器用于测量轴承座的绝对振动。速度传感器输出的速度信号经V-D转换器转换，变为轴承绝对振动的信号，与电涡流传感器输出的相对振动信号一起输入合成器，在合成器内进行矢量相加，然后输出主轴的绝对振动信号。2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数振幅振幅：表示方法：双振幅2Am 单振幅Am有效值Vrms=0.707Am平均值Vc=0.637Am通频振幅通频振幅：各种频率振动分量的叠加值。基频振幅基频振幅：基波振动频率（机组振动的基波为转子的工作频率）下运动量值按正弦规律变化的振动幅值。2AmAmVcVrms图图2.5 2.5
31、 各种振幅示意各种振幅示意2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数轴承振动烈度轴承振动烈度V Vrmsrms：轴承振动速度的均方根值，单位是mm/s。轴承振动烈度Vrms与振动位移的近似关系为A为双振幅，为振动主频率。2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数相位相位：在振动领域内，相位是指基频信号相对于转轴上某一确定相位标志之间的相位滞后。确定标志在工程上通常是键相槽位置，检测键相槽位置所用的传感器是电涡流传感器。每当键相槽转动至探头安装位置时，产生一脉冲。由于这标记信号脉冲一转一个，因此与基频是同步的，这样测出的相位是基频相位。将基频信号描绘在同一时间
32、轴上，就可以按参考脉冲信号来定基频信号的相位。不同的振动仪器有不同的相位取值方法，这里介绍四种相位取值方法的基本概念，即正峰点相位、负峰点相位、正零点相位和负零点相位。各种相位角定义的对应位置2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 机组振动是因为存在激振力，而旋转机械在运行过程中，一些激振力，如转子不平衡力、电磁激振力、转子径向刚性不对称,引起参数振动中的惯性力、汽流冲击力等是始终存在的，因此旋转机械的振动是不可避免的。所谓机组发生所谓机组发生振动故障振动故障，是指机组（轴，是指机组（轴承、转轴）承、转轴）振动振动幅值（或轴承振动烈度幅值（或轴承振动烈度）超超过了过了保证机组安全运行的保证机
33、组安全运行的许可值许可值。2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 振动对机组安全运行、工作人员健康和工作效率都是有害的。从减少振动危害考虑，希望机组振动愈小愈好，但实际上振动不但不可能降为零，而且要想获得和保持很小的振动，需要花费较大的劳动。因此，对于实际运行机组，机组振动的容许与否只能以标准来评定。振动标准，也反映了机组的制造、安装和运行水平。2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准机组振动标准的作用机组振动标准的作用 振动标准有两个作用：一个作用是用来考核旋转设备设计水平、制造质量、机组施工安装以及检修质量，设计、制造、安装质量，对一台投运后需运转几十年的机组的安全起决定性的作用；在设计
34、、制造、安装质量完好的前提下，机组投运同样可能因各种原因出现新的振动问题，如设备在运行工况的各种条件下的变动，转子平衡状态的变化、轴承性能的变化、基础不均匀沉降等等，还可能由于运行操作不当，导致正常运行的机组振动增大，因此，振动标准的另一个更重要的作用是保障机组安全运行，防止发生设备事故。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准机组振动标准机组振动标准 评定机组振动状况标准，目前有轴承振幅、转轴振幅和轴承振动烈度三种尺度。制定这些标准的主要出发点是为了避免转动和静止部件应力过载、轴瓦过载、动静碰磨、转动部件过度磨损，防止与振动有关的故障进一步扩大。下面具体介绍评定现场运行机组振
35、动健康状况标准的三种尺度。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 在电力工业法规中规定，评定机组振动以轴承垂直、水平、轴向三个方向振动中最大者作为评定的依据。这三个方向在轴承座上的测量位置如右图所示：垂直振动测点是在轴承座顶盖上正中位置；水平振动测点是在轴承盖中分面正中位置，平行于水平面，垂直于转子轴线；轴向振动测点是在轴承盖上方与转子轴线平行。图图2.7 2.7 轴承三个方向振动测点的位置轴承三个方向振动测点的位置(1)(1)以轴承振幅为尺度的振动标准以轴承振幅为尺度的振动标准2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准我国电力工业轴承振幅振动标准我国电力工业轴
36、承振幅振动标准 汽轮发电机组转速优良合格打闸值150030 50 703000 20 30 50100 评定机组振动的运行工况时，以机组额定转速下、各种负荷（包括满负荷）下轴承某一方向振动最大值，作为评定机组振动状态的依据。表表2.1 2.1 我国电力工业技术管理法规中汽轮发电机组轴承振动标我国电力工业技术管理法规中汽轮发电机组轴承振动标准（双振幅），准（双振幅），m m）我国在1954年制定的电力工业技术管理法规中就正式规定了在电厂运行的1500、3000r/min汽轮发电机组轴承振动标准，该法规在1957年、1959年和1980年又重新作了修订，但机组振动标准一直未变。2.1.1.3 2.
37、1.1.3 机组振动标准机组振动标准 制定振动标准的目的，是防止因振动发生危害，但是由于各种形式机组的转子质量、刚度、支承动刚度、油膜刚度、基础动刚度、动静间隙等因素不同，在同样的轴承振幅条件下，振动对机组引起的危害将不同，这是采用轴承振动为尺度评定机组振动状态的缺点。这些缺点主要表现在三个方面：1）机组各轴承振动和轴承三个方向振动的不等效性2）没有考虑不同频率的振动分量的不等效性3）不能反映对周围环境危害的程度 2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准1）机组各轴承振动和轴承三个方向振动的不等效性以轴承振动为尺度的振动标准，一般都把机组各个轴承和轴承三个方向振动等效看待，即相
38、同的振幅发生在不同的方向和不同的轴承上，有着同样的危害。事实上并非如此，比如一般轴承垂直方向的动刚度比水平和轴向的要髙，在同样的轴承振幅下，振动发生在垂直方向就较其他两个方向所需的激振力大，对机组的危害也大。过大的转轴振动会引起轴瓦乌金过载(疲劳剥落、裂纹和碎裂)、转轴动应力过载、轴瓦调整垫块过载(金属疲劳剥落、凹坑，使轴瓦失去紧力)、径向动静摩擦等故障，加速转动部件不均匀磨损。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准2）不同频率的振动分量的不等效性 振幅振动标难，对振动中所含的不同频率的振动分量没有给予另外的规定，而机组实际振动中常常含有较显著的不同频率的振动分量。不同频率的
39、振动有着不同的危害。在以轴承和转轴振幅为尺度的振动标准中，其容许值一般是随转速升高而显著减少，这是由于在同样振动幅值下，频率较高的振动，需要较大的能量，造成的危害较大。在振动标准中将机组振动看作只含基波一种成分，虽然对于现场运行的大多数机组是可行的，但是还有不少机组振动含有较大的 1/2X、2X或3X振动分量，有时这些分量超过基波分量，这时合理地评定机组振动状态应以不同频率振动分量与相对应的转速分别作出评价。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准3）不能反映对周围环境危害的程度 在一定的轴承振幅下，振动传给基础的激振力与轴承座动刚度成正比，所以振动对周围环境的危害随轴承座动刚
40、度的增大而加大。所以，以轴承振幅为尺度的标准，没有考虑因轴承动刚度不同对周围环境危害的差别。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 与轴承振动相比，转轴振动能更直接反映出转子上不平衡量的变化情况、轴与机壳的径向动态间隙以及轴与轴承的工作情况等。轴承振动与转轴振动的关系取决于轴承的油膜刚度、阻尼及轴承座包括台板、基础）的动刚度，它和轴系、基础的结构设计、安装、运行状态有关：因此轴承座振动和轴振动并不存在一种固定的关系。根据ISO(国际标准化组织）资料，轴振动与轴承座振动的比例一般为26，最大为10。根据我国在不同类型机组上的实测结果，有些高压转子振动为轴承振动的20倍以上。一般
41、地说，对于落地轴承的转子及轻转子，转子与轴承的振动比值大。同样的轴承振动下，由于转子振动的加大，转动部件上的动应力、动静部件摩擦的可能性、某些部件的不均匀磨损等，都将因差别振动的加大而加大。因此，只用轴承振动作为标准，不能全面反映机组的危害状态。随着振动测试技术的发展，转轴振动测量在现场获得广泛应用，在上世纪70年代中期，不少国家在采用以轴承振动为尺度的振动标难的同时，又附上以转轴振动为尺度的振动标准。有些标准是简单地将轴承振动增大一倍，作为转轴振动标准。通过十几年来大量的现场实测，发现轴承附近的转轴振动在许多情况下不是简单地比轴承振动大一倍，而是与许多因素有关，因此在70年代后期，在采用以轴
42、承振动为尺度的振动标准的同时又给出比轴承振动大一倍的转轴振动标准的做法，已不再提倡而是采用实测转轴振动，以独立尺度评定机组振动状态。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准(2)(2)以转轴振幅为尺度的振动标准以转轴振幅为尺度的振动标准 陆地安装大型汽轮发电机组“转轴径向振动测量与评定”GB11348.1-1989和GB/T11348.2-1997。下面介绍国际上影响较大和目前国内采用较普遍的三个轴振标准：VDI-2059和ISO7919/11986标准、ISO DIS7919/2 标准、美国WH和GE公司轴振标准。VDI-2059 VDI-2059和和ISO7919ISO79
43、191-19861-1986标准标准 VDI是德国工程师协会的简称，它在1981年颁布了“透平机组转轴测量及其评价”，简称VDI-2059。国际标准化组织(ISO)1986年制定的”回转机械转轴振动测量和评价”(ISO7919/1-1986)与VDI-2059有关部分的规定和规范基本相同。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准表表2.3 VDI-20592.3 VDI-2059汽轮发电机组转轴振动标准，汽轮发电机组转轴振动标准，m m 等级转子工作转速（r/min）10001500180030003600良好7662574440报警1421161068275停机2091701
44、56121110表2.3中的转轴振幅不是直接测量得到，而是经换算求得测量平面内的转轴最大位移Smax（测量平面内轴心轨迹最大位移单峰值）。图图2.8 2.8 转轴位移瞬时值转轴位移瞬时值S S1 1、S S2 2、轴心轨迹轴心轨迹K K和转轴位移和转轴位移S SK K的关系的关系 为了确定转轴在径向测量平面内的运动，必须在这个测量平面内安装两个传感器，面且最好两个传感器相互垂直。如果一个径向平面内安装的1、2两个传感器相互垂直，其振动位移分别为S1、S2，则在测量平面内转轴动态位移SK：2.1.1.3 机组振动机组振动标准标准2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 ISO D
45、IS7919/2 ISO DIS7919/2 标准标准 ISO DIS7919/2以两个相互垂直方向上轴振最大位移的峰峰值作为评价机组振动标准。分为三个区，A A区：轴区：轴振小于该值，为良好；振小于该值，为良好；B B区：轴振小于该值，为合格，超区：轴振小于该值，为合格，超过此值，应发出警报；过此值，应发出警报；C C区：轴振小于该值，机组可以短区：轴振小于该值，机组可以短时间运行，发出报警，并应尽快采取消振措施，如果轴振时间运行，发出报警，并应尽快采取消振措施，如果轴振超过此值，应跳闸超过此值，应跳闸(打闸打闸)停机。停机。（大唐集团采用该标准）项目等级转子工作转速（r/min）15001
46、80030003600RabsRabsRabsRabsA10012090110801007590B200240185220165200150180C320385290350260320240290注：注：R R转轴相对振动；转轴相对振动；absabs转轴绝对振动。转轴绝对振动。表表2.4 2.4 ISO DIS7919/2 ISO DIS7919/2 转轴振动评价标准转轴振动评价标准 ，m m 2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 某些机组轴振绝对值虽然没有超出表2.6B区，但瞬态或在一段时间内，轴振变化值较大，这种现象表明机组存在异常，为此ISO DIS7919/2 对此
47、作出了规定，如果轴振变化值超过表2.6B区的25，不管是减少还是增大，应发出报警，并应查明轴振变化原因，采取相应措施。观察振动在新的状态下能否稳定下来，这是十分重要的，它将为拟定消振措施提供依据。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准美国西屋和美国西屋和GEGE公司轴振标准公司轴振标准表表2.5 2.5 美国西屋和美国西屋和GEGE公司轴振标准公司轴振标准(3000r/min)(3000r/min)，m m等 级 良好报警跳闸轴振值（双振幅）75以下125以下250以上 表表2.52.5所列的轴振幅值，是采用振动仪表直接测量得到所列的轴振幅值，是采用振动仪表直接测量得到的。与
48、一般机组振动标准、规范一样，是以额定转速下的。与一般机组振动标准、规范一样，是以额定转速下(3000r/min)(3000r/min)空负荷和不同负荷，包括满负荷下轴系中轴振空负荷和不同负荷，包括满负荷下轴系中轴振最大值，作为评价机组振动状态的依据。该标准与最大值，作为评价机组振动状态的依据。该标准与表表2.42.4相相比，接近于比，接近于3600r/min3600r/min机组转轴相对振动标准。因此对机组转轴相对振动标准。因此对3000r/min3000r/min机组和转轴绝对振动来说，表机组和转轴绝对振动来说，表2.52.5标准是相当高的。标准是相当高的。采用这一标难，还应考虑下列一些问题
49、。采用这一标难，还应考虑下列一些问题。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动机组振动标准标准1)1)转轴相对和绝对振动没有区分：转轴绝对振动和相对振动转轴相对和绝对振动没有区分：转轴绝对振动和相对振动的关系，从现场实测结果来看，并不是所有的情况下转轴绝的关系，从现场实测结果来看，并不是所有的情况下转轴绝对振动都比相对振动大，估计制定标准时已考虑到这种现象。对振动都比相对振动大，估计制定标准时已考虑到这种现象。2)2)轴振方向没有规定：按轴振方向没有规定：按WHWH和和GEGE公司规定，测轴振涡流传公司规定，测轴振涡流传感器安装如感器安装如图图2.42.4所示，但有些机组只在左或右所示，但有些
50、机组只在左或右4545方向上只方向上只安装一个传感器。现场实测证明，右安装一个传感器。现场实测证明，右4545和左和左4545方向上轴方向上轴振和瓦振差别甚大，前者与油膜刚度有关；后者与轴承座支振和瓦振差别甚大，前者与油膜刚度有关；后者与轴承座支承和连接刚度有关，因此有些机组原来在左承和连接刚度有关，因此有些机组原来在左4545方向振动过方向振动过大，大修后涡流传感器改装在右大，大修后涡流传感器改装在右4545后，空负荷和带负荷下后，空负荷和带负荷下振动都达到了良好水平，实际是两个方向上振动差别所致。振动都达到了良好水平，实际是两个方向上振动差别所致。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动机