机组震动故障分析及处理

机组振动的分析与处理水力因素1、机组导叶或叶片开口不均1）振动现象及特点机组振幅随机组的过流量增加而加大，振频为导叶数或叶片数与转频的乘机2）处理措施处理开口不均匀度达到合格要求。2、由尾水管内偏心涡带引起的振动1）振动现象及特点机组振动、摆度在某个工况突然增大；振频约为1/（2-6）转频；尾水管压力脉动大。2）处理措施尾水管采用有效的补气措施；增装导流装置或阻水栅。3、梳齿间隙相对变化率大引起压力脉动增大而加剧振动1）振动现象及特点振动摆度随机组过流量增大而增加，梳齿压力脉动也随机组过流量增大而增加，各量的振频与转频相同，当发生自激振动时，振频很接近于系统的固有频率。2）处理措施查出使间隙相对变化率大的原因，如间隙过小，偏心摆度过大，梳齿不圆度过大等，视情节处理；可以用综合平衡法使之控制机组的运转状态减小不平衡力。4、转轮叶片形线不好1）振动现象及特点机组振动、摆度随机组过流量增大而增加；振频为转频。2）处理措施校正转轮叶片形线。5、由叶片出口卡门旋涡引起的振动1）振动现象及特点机组振动、摆度随机组过流量增大而增加；振频为f=（1.18-0.2）W/b（W-叶片出水边相对流速；b-叶片出水边厚度）。2）处理措施修正叶片出水边形状；增强叶片的刚度改变其自振频率；破坏卡门涡频率。6、转轮叶片断裂或相邻的几个剪断销同时折断1）振动现象及特点机组振动、摆度突然增加，有时发出怪叫的噪音，常为高频振动。2）处理措施必须处理修复叶片，或更换已断的剪断销。7、由汽蚀引起的振动1）振动现象及特点机组在某负荷工况下振动大；尾水管人孔噪音大，尾水管压力脉动也大；振频为高频。2）处理措施自然补气或强迫补气；叶片修型或加装分流翼；泄水锥修型。机械因素1、水轮机、发电机轴线不正1）振动现象及特点机组一启动，轴摆度就较大且轴摆度的大小与转速的变化无很明显的关系，有时负荷下降，轴摆度减小；振频为转频。2）处理措施校正轴线2、推力头与镜板结合螺丝松动（推力头与镜板间绝缘垫变形或破裂）1）振动现象及特点机组摆度值在各种工况下都比较大，而且为无规律变化现象；上机架垂直振动存在不规则的振动。2）处理措施上紧螺丝；处理已破的绝缘垫，并盘校正轴线。3、镜板波浪度大1）振动现象及特点推力瓦受力不均，运行中摆度大。2）处理措施处理镜板波浪度。4、推力头与轴配合间隙大1）振动现象及特点盘车时数据不规则，运行中摆度值大，且有时大时小现象，极小的经向力变化便可使轴摆度相位和大小改变。2）处理措施在拆机检修时，采用电刷镀工艺将推力头内孔适当减小；若不能拆机，则用综合平衡法控制摆度增大。5、三导轴承不同心（或轴承与轴承不同心）1）振动现象及特点机组各导轴承经向振动大，且与转速无关；负荷增加时振动增大；振频为转频。2）处理措施重新调整轴承中心与间隙。6、导轴承间隙过大（导轴承调整不当或导轴承润滑不良）1）振动现象及特点某导轴承处经向振动大、摆度大，动态轴线变化不定。此时，振频由转频变为固有频率；振幅随负荷增加而加大。2）处理措施重新调整轴承间隙。7、振动系统构件刚度不够（或联结螺丝松动）1）振动现象及特点机组某部分振动明显，振幅随机组负荷增加而加大；振频为转频。2）处理措施增加刚度或紧固螺丝。8、转子质量失均，与发电机同轴的励磁机转子不正1）振动现象及特点振动振幅值随转速的增加而增大，且与转速的平方成直线关系；振频为转频。2）处理措施a、作现场平衡b、校正励磁机转子。8．机组转动部件与固定部件相碰所引起的机组振动1）振动现象与特点一般较剧烈，并常常伴有撞击声响。2）处理方法停机检查，进行检修9．因轴承间隙过大，主轴过细和刚度不够所引起的机组振动1）振动现象与特点机组振动大小随机组所载负荷变化而变化。若负荷增加，机组振动亦增大。2）处理方法调整轴承间隙，增加主轴刚度。电磁因素1、定子椭圆度大1）振动现象及特点发电机定子外壳径向振幅值随励磁电流增加而加大；频率为转频；振动相位与相应部位处轴摆度的相位相同。2）处理措施处理发电机定子椭圆度，使之合乎要求。2、定子铁芯铁片松动1）振动现象及特点发电机定子轴向、切向、径向振动随转速增加而增加；随励磁电压的增加而增加；冷态启动时尤为严重；有时发出“嗡”或“吱”的噪音；发电机定子切向、径向振幅出现50Hz或100Hz的频率；在励磁和带负荷工况下，振幅随时间增加而减小。2）处理措施将定子铁芯硅钢片进行压紧，紧固压紧螺栓和紧顶螺丝并加顾。严重时需要重新叠片。处理定子结合缝松动。3、发电机定子镗内磁极不均匀辐向位置1）振动现象及特点振幅随励磁电流的增加而增加；振幅随温度的增加而增加；振频与转频相同;有时出现与磁极数有关的频率。2）处理措施调整空气间隙至合格；磁极不平衡量较小时，可以用综合平衡加配重控制。4、转子匝间短路1）振动现象及特点振幅值随励磁电流增加而加大，当励磁电流增大到一定程度振动值趋向稳定；振频为转频；2）处理措施更换匝间短路线圈在短路的线匝对称方向人为的短路一匝，使之平衡，不对称力抵消。可短时间内运行。5、三相负荷不平衡1）振动现象及特点静子振幅增大，有转速频率及转频的奇次谐波分量出现，严重时使阻尼条疲劳断裂和部件损坏。2）处理措施控制相间电流差值，一般10万kW及以下的水轮发电机组，三相电流之差不超过额定电流的20%；容量超过10万kW者不超过15%；直接水冷定子绕组发电机不超过10%。6.定子绕组固定不良当发电机容量较大时，定子绕组固定不良，尤其当端部固定不甚可靠时，会因较高的电气负荷和电磁负荷而导致绕组产生振动。处理方法：停机检查绕组绝缘，固定绕组。机组振动是常见问题，机组的振动往往是多种因素引起的，处理机组振动问题的关键在于判定振动的原因，只有正确的判断才能够有的放矢的进行处理。注意问题：机组振动原因的判别方法：造成水轮发电机组振动的原因很多，大致归纳起来，有水力、机械、电气3个方面的原因和若干因素。针对某一机组，更往往可能是几种因素的叠加和共同作用，并且各因素间又有相互影响和制约。严格来说，水轮机组的振动是水力、机械和电气诸方面振动的耦台。可以想象，要完全按以上诸方面的耦合关系来研究机组的振动是非常复杂的，目前还难以建立起可供进行分析计算的数学模型，也不易在试验中同时考虑上述诸因素的互相影响。为此，只好根据各电站所积累的经验，将引起机组振动的原因划分为：水力、机械和电气三方面的因素，再分别就这三方面振源所导致的不同类型的振动，进行分析、计算与试验研究。1.由振动试验判别振动原因（1）转速试验启动机组，分别在各种转速下（一般从n=25%nH至l00%nH取5~7点），测量机组各典型部位（如上机架、上导轴承、下导轴承、联结法兰和水导轴承等）的振幅、摆度或频率（测量记录表格式见表1）。即可绘制各部位的转速与振幅的关系曲线A=f(n)以及绘制转速与振动频率的关系曲线F=f（n）（其中A——双振幅，mm，n——机组转速，r/min，F——振动频率，HZ）表1转速与摆度及振动测量记录（1/100mm）如果机组在60%nH～i00%nH转速范围内运行时，振幅一直很大，改变转速对振幅变化不灵敏，而振动频率与机组转动频率又基本一致时，则机组振动原因可能是：轴线曲折。盘车摆度未调好，导轴承不同心，主轴转动部分与固定部件有偏磨等等。应重新盘车调中心，消除缺陷。如果振幅随机组转速增高而加大，并且基本上与转速平方成正比，而振动频率与转速频率又一致，则振动原因可能是转动部件动（静）不平衡所至，应作动平衡试验，并根据试验结果加配重块处理。（2）励磁试验机组在额定转速下载上励磁，改变励磁电流，即可测得各部位振幅随励磁电流的变化（测量记录格式见表2），并绘制振幅与励磁电流的关系曲线A=f（i）（其中i——励磁电流，安；A——双振幅，mm)若振幅随励磁电流加大而增大，则磁拉力不平衡是引起机组振动的主要原因，须进一步检查发电机空气隙是否均匀，磁极线圈有无匝间短路，磁极背部与磁轭间是否出现了第二气隙等等，并作相应处理。表2励磁电流与摆度及振动测量记录（1/100mm）（3）负荷、调相试验测量各种负荷情况下的振幅及导叶控制环接力器的行程（测量记录表格式见表3），绘制负荷与振幅曲线A=f（P）或接力器行程与振幅的关系曲线A=f（L）（其中P—发电机负荷，kW；L—接力器行程，mm）。如果振幅随负荷增减，或随接力器开度增减而增减时，并且，水轮机导轴承处的振幅变化比发电机上导轴承处的振幅变化敏感，而在调相运行中振幅又大幅度降低时，则水力不平衡是引起机组振动的主要原因。应检查水轮机过流部分有无局部堵塞，转轮叶片出水边开口是否一致，高水头水轮机叶轮背部水压脉动是否过大等等，并作相应处理。如果振动仅在某一负荷区域运行时较大，避开这一负荷区域运行时振动又明显减小，并且其振动频率在下列范围式中f——振动频率，Hz;n——机组转速，r／min。这便是水轮机产生空腔气蚀后，尾水管的涡带所引起的低频压力脉动所造成的机组振动。表3负荷与摆度及振动测量记录（1/100mm）（4）补气试验根据国内有关电站试验，涡带所引起的低频压力脉动及由此造成的机组振动，与机组运行工况有关。一般当导叶开度a0在：32%a082%区间，在尾水管中会形成偏心螺旋状涡带，产生周期性的低频压力脉动，故宜选择该运行区间进行补气试验，向尾水管气蚀区强迫补气，测量有关部位的摆度或振动，与不补气相同工况作比较（测量记录格式见表4）。若相同工况补气前后，各部位摆度或振幅有明显差别，则说明机组振动主要是因尾水管产生空腔气蚀、偏心涡带的低频压力脉动所引起的机组振动。表4补气与摆度及振动测量记录（1/100mm）2.以振动部位判别振动原因在实际工作中，也可根据机组产生振动部位的不同，大致分析机组振动原因。（1）若机组在运行中，经测试，上机架振动较突出，则机组振动的原因多来自于机组推力轴承、上导轴承的缺陷、故障或机组轴线不垂直和机组中心发生变化等。（2）若振动主要反映在水导轴承的明显变化，则振动原因可能是导叶开口不均匀，转轮线型、间隙、开口不均匀等水力不平衡因素造成的机组振动。（3）若从尾水管、压力钢管可测得较明显振动，蜗壳会出现水压波动。振动原因可能是转轮叶片出水边线型差异（与设计线型相比）、叶片尾部产生卡门涡列，以及尾水管产生压力脉动等所引起的机组振动。发电机机械不平衡力的消除一台新制造的机组或经过检修的机组，在水轮发电机进行总装配前，必须设法消除转动部件的不平衡，消除不平衡的方法是进行“静平衡”试验，也就是常说的“校静平衡”。如果校过静平衡发电机投入运行后发现发电机组振动较大，经分析确定是机组转动部分的动不平衡引起的，为了减小振动和消除转动部件的不平衡，就需要进行“校动不平衡”。经验证明，发电机转动部件的校平衡是提高机组运行质量和寿命的一个重要措施。1.校静平衡校静平衡的方法很多，但最常用的方法是把转子放在两个平行的导轨上，令其自由滚动，如果每次滚动后，转子上的某一点都是停止在最下面位置，就说明重心向该方向偏移，这是可以在相反方向（转子静止时的上方）加平衡块。由于转轴和导轨间有摩擦，所以误差较大。为了消除该摩擦的影响，应采用下述较为精确的校静平衡法。