大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)故障的特點(diǎn)

王風(fēng)學(xué)

振動(dòng)故障特征與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

機(jī)組振動(dòng)故障的特征還與機(jī)組轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)行機(jī)組振動(dòng)故障的診斷時(shí)，不僅僅要分析出故障的類別，其主要目的是找出引起振動(dòng)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(dòng)故障時(shí)，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(shí)踐表明，機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析對(duì)振動(dòng)故障診斷是非常重要的，因?yàn)闄C(jī)組的振動(dòng)故障特征是與機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jī)組上其征兆有明顯的不同，如大型發(fā)電機(jī)組由于碰磨造成的熱彎曲，其振動(dòng)響應(yīng)為基頻振動(dòng)，沒有諧波分量或很小，因?yàn)閺澢斐傻牟黄胶忭憫?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(shí)，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(jī)組的振動(dòng)傳遞持性與機(jī)組的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系；有的故障本身就是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)有缺陷或結(jié)構(gòu)不合適而引起。

機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析包含了機(jī)械結(jié)構(gòu)及不平衡響應(yīng)分析兩個(gè)方面。比如汽輪發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，且千差萬別，不同型號(hào)的機(jī)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(huì)引起不同的振動(dòng)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(jī)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(huì)帶來不同的中心變化，在判斷振動(dòng)故障是否由中心變化引起時(shí)必須要分析軸承座結(jié)構(gòu)會(huì)引起中心有多大的變化。再如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承為端蓋式或落地式時(shí)，其振動(dòng)外特性及振動(dòng)傳遞特性大不相同，對(duì)端蓋式軸承，必須要考慮振動(dòng)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(dòng)傳遞。

不同的支承型式對(duì)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(shí)，其征兆與處于不敏感區(qū)時(shí)有很大的不同。例如動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)故障，如摩擦部位處于轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的敏感區(qū)時(shí)，則除了不平衡響應(yīng)的靈敏度大大增加外，影響該振動(dòng)的相關(guān)量也明顯增加，此時(shí)潤(rùn)滑油(密封油)的油壓、油溫、或影響機(jī)組中心變化的有關(guān)因素，有關(guān)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)也均成為影響振動(dòng)的相關(guān)量。而摩擦部分一旦處于不敏感區(qū)時(shí)，相關(guān)量則明顯減少，且摩擦引起振動(dòng)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(dòng)故障的特點(diǎn)可知，振動(dòng)故障的征兆與多方面的因素有密切關(guān)系，振動(dòng)的頻譜只是其中的一個(gè)方面，并且對(duì)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(jī)組振動(dòng)分析中單方面的依據(jù)，在輔以其它圖譜分析的同時(shí)，結(jié)合振動(dòng)與相關(guān)量的關(guān)系尤為重要。

機(jī)組的每一種故障，除了其在振動(dòng)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(dòng)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(chǎng)為尋求振動(dòng)故障原因而進(jìn)行的各種振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)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(jī)轉(zhuǎn)子的無功負(fù)荷(轉(zhuǎn)子電流)來判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)變化量是否由匝間短路所引起。這些相關(guān)量是指各種運(yùn)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(rùn)滑油溫、油壓、各軸承的頂軸油壓、機(jī)組的膨脹及相對(duì)膨脹、發(fā)電機(jī)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(jī)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(dòng)參數(shù)相結(jié)合，一并加以分析。

根據(jù)目前已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)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(gè)方面診斷出某種故障有幾種可能的原因時(shí)，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(dòng)診斷與轉(zhuǎn)子平衡）