旋转机械碰摩故障的诊断案例分析综

旋转机械碰摩故障的诊断案例分析综述班级:姓名:学号:1旋转机械碰摩故障的诊断案例分析综述TheDiagnosisofRotatingMachineryRubbingFaultCaseAnalysisWereReviewed摘要研究了旋转机械动静碰摩故障下转子与静子振动信号的变化规律。首先分析了碰摩转子和静子振动机理,通过实验对旋转机械在正常情况、轻微局部碰摩和严重局部碰摩三种情况下的动静件振动信号规律和特点进行分析。分析表明,静子振动信号对碰摩故障极为敏感,碰摩时静子振动信号的故障特征表现为调制特征,该特征可以较好地揭示碰摩故障的发生,为诊断碰摩故障提供了一种新思路。关键词:旋转机械；碰摩；转子振动；AbstractThecharacteristicofrotorandstatorvibrationsignalsunderrun-impactstatusisstudied.Firstly,thecharactersandrulesofrotorandstatorvibrationsignalsunderrub-impactstatusarestudied.Rotorandstatorvibrationfeaturewithdifferentrotorspeedisanalyzedthroughexperiment.Throughtheanalysisofstatorvibrationcharacteristic,thepulseforcefromrub-impactmayleadtostatorresonance,soitcanbebroughtouttodiagnoserub-impactfaults.Resultsrevealthatthestatorresonancesignalscanindicaterub-impactfaults.2Theconclusionscangivebasisforthevibrationcharacterofthestatorandthedetectionofrub-impactsignalsfortherotorsystem.Keywords:rotatingmachine；rub-impact；rotorvibration；statorvibration；正文一.前言在汽轮发电机组、压缩机等旋转机械的运行中，转子与汽封、油档等静止部件的间隙消失，导致动静部分接触和摩擦.由此引起的振动称为摩擦振动，它是汽轮发电机组常见的振动故障之一.随着机组向大型方向发展，蒸汽参数越来越高，动静间隙设计的越来越小，而标高变化、跑偏、热变形等因素对动静间隙的影响越来越大，这就使得动静部件间发生摩擦的可能性越来越大。摩擦故障不仅会发生在机组启停过程中，也会发生在空负荷和带负荷情况下。摩擦引起的振动故障具有很强的不稳定性，振动可能长时间持续波动，也有可能突发。当摩擦严重时，如果处理不及时，极有可能导致大轴弯曲事故。据不完全统计，国内汽轮发电机发生的弯轴事故中，70%以上是由于摩擦引起的。由此可见，转子的碰摩故障时有发生，给机组的安全稳定运行带来极大危害，因此研究大型旋转机械的动静碰摩机理和摩擦时的振动特性，对于充分利用振动信号诊断碰摩故障，防止转子的碰摩向中、晚期过渡，保证设备的安全稳定运行具有非常重要的现实意义。转子系统的动静部件碰摩故障是旋转机械中常见的故障，也是引起机械系统失效的主要原因之一。在能源动力类旋转机械中，随着高转速高效率的要求，转子与静子的间隙越来越小，导致转子与静子之间的碰摩故障不断发生，特别是在封套装置转静件间以及叶片端部和机匣之间。大多数转静子碰摩都是一种非正常的故障现象，碰摩能使转静子的间隙增大、轴承支撑磨损、叶片折断甚至整个机械3破坏失效。在碰摩过程中会产生很多物理现象，如摩擦、撞击、祸合效应、硬化效应等。转静子碰摩除了能引起磨损和热效应外，更严重的是能引发与静子持续接触的转轴反进动;在这种不稳定的运动形态中，接触面上有很大的法向力和摩擦力，转子的反向涡动不收敛，反向涡动转速会迅速提高，几秒钟内就能引起旋转机械的严重损坏，引发一系列危及环境和生命的灾难性事故。转子与静子的碰摩故障通常为其它故障引起的间接结果，产生转静子碰摩的原因有很多，主要原因有转子不平衡、装配误差、不对中、定子机匣运动或有较大的椭圆度、流体扰动、支座松动轴承间隙不当和其它故障引发的异常振动等。最常见的碰摩发生在转子与静子的封套间，最危险的碰摩发生在叶片与叶片或叶片与静子之间，此外得到较多关注的还有轴颈与颈轴承之间的碰摩现象.二.案例分析1.某电厂12号燃机为GE公司生产的9F级单轴联合循环机组，轴系布置图见图1。机组在调试期间曾多次发生高压转子与轴封、汽封碰摩，几次轻微碰摩，通过调整轴封汽温度，上下缸温差，增加盘奎吐间等措施可使摩擦接触点脱离而冲转成功。2007年6月12日机组进行超速试验，超速试验后停机降速过程中，回到3000r／min时振动较正常情况下3000r／min振动有上升转速低于1000r／min后，3Y、3X振动大幅上升，都高达120“m以上(见图2)，4Y、4X也较平常停机过程的振动要大很多盘车1．5h后，机组冷拖至699r／rain，因3、4号轴振动急剧上升而停机，到盘车转速后，转子偏心100um。机组运行过程中，汽机高中压转子振动表现出以下特征：(1)机组超速试验和解列前，带负荷阶段3、4号轴振动已出现一倍频分量慢慢爬升、相位也同步在变化，而低压转子的5号轴振动和燃机转子的1号轴振动的一倍频分量基本未变化。(2)超速试验到3300r／min跳机后，降速过程中，3Y、3X、4Y、4X轴振动不降反升，比3300r／rain振动大很多，回到3000r／min时，3Y、3X、4Y、4X轴振动比超速试验前3000r／min振动明显增大，相位也同步增大不少，增长的4振动以一倍频分量为主。(3)比较这次异常振动降速过程的BODE图(图2)和正常情况下BODE图(图3)可知，异常振动降速过程，高中压转子过临界振动明显增大，低转速振动(晃度)也偏大。(图示仅为3Y，其它方向振动效应同3Y)。(4)再次冷拖至699r／min，定速后振动开始爬升且爬升的速率非常快，仅10min，3Y、3X振动就由24um、23um爬升至118um、114um，轴振动爬升也以一倍频分量为主，相位在爬升之初有急剧变化，之后振动爬升，相位变化较小；拍机后降速，振动仍然上升，回到低转速100r／min振动仍然非常大(见图4)。从振动特征来看，振动的主要频率成份为一倍频分量，振动为强迫振动，仅在低转速情况下，引起振动的可能原因：(1)联轴器对中不良或联轴器螺栓松动；(2)轴承座螺栓松动；(3)动静碰摩。联轴器对中不良或联轴器螺栓松动引起的振动应有突变过程，突变后振动稳定，对联轴器两端的振动影响较大，而该机为3、4号瓦振动大，振动始终爬升不稳定，可以排除。轴承座螺栓松动导致刚度不足引起的振动会发散爬升，但爬升过程相位基本不变，低转速振动也不会变大，再检查3、4号轴承所能影响接触刚度的螺栓紧力都正常，可以排除轴承座螺栓松动。振幅增加、振幅和相位变化均以一倍频分量为主、相位增大筹振动特征完全符合动静碰摩故障的特征[3]。不管定速还是升降速状态下，1、5号轴振动没有明显的变化,说明碰摩接触部分就在高中压转子跨度内。从3号瓦轴振动增幅最大、变化最剧烈的情况，可以判断碰摩部分应是靠3号瓦侧的高压缸内。超速试验时，机组仍处于局部轻微碰摩状态，振动未发散；再次启机冷拖至699r／rain时，机组发生了全周摩擦振动，振动爬升迅速且发散不可控制。振动爬升速率快，定速仅在699r／rain这相对较低转速情况下，振动就非常大，碰摩应为严重轴向碰摩。盘车2天后，仍然不见转子偏心下降，其它控制轴封汽温度，上下缸温度偏差已无效果，高中压转子碰摩情况非常严重。必须开缸处理。562.某厂4号机组为125Mw机组,汽轮机为上海汽轮机厂制造的中间再热凝汽式汽轮机,型号为N125-13．24／535/535;发电机为上海电机厂制造的双水内冷发电机，型号为QFS-125-2。整个轴系支撑在7个径向轴承上，其中汽轮机转子为三支承结构。l号到4号轴承为椭圆瓦，5号到7号轴承为圆筒瓦，各轴承均为落地式。高中压转子与低压转子为刚性联轴器联接，低压转子与发电机转子为半挠性联轴器联接.71.振动概况4号机大修后于5月l7日14:16首次冲转,19：48机组转速至3000r／min，汽轮机侧l号至3号瓦振均低于l0um,发电机侧的5号,6号瓦振动严重超标.5号瓦轴向振动最为突出:轴承座顶部为365um,中分面为253um,且5号瓦顶部发电机侧、励磁机侧的垂直振动存在很大的差异,发电机侧为l3um,励磁机侧为57um，机组3000r／min稳定期间励磁机侧振动在较大范围内变化。6号瓦垂直振动为8lum，且存在周期性变化，变化范围为40～110um。降速过程中6号、7号振动严重超标，机组转速在2640~2000r／min时振动多次突变，转速为2240r／min时7号瓦振动最大达427um，其工频分量仅为70um，绝大部分为高、低频成分。2.振动分析2.15号轴承座外特性试验造成轴承轴向振动大的原因主要有以下几点：轴颈承力中心沿轴向周期性变化；轴承座轴向两侧支承刚度不对称：激振力投影点与轴承座几何中心不重合：轴承座轴向偏转等。3000r／min时5号轴承轴向振动达365um，且5号瓦发电机8侧和励磁机侧的垂直振动相差较大，为了找出原因，对5号轴承座做了特性试验.从图l可以看出，5号轴承座底部励磁机侧的垂直振动与基础振动差异较大，20um，说明轴承座与基础的连接螺栓紧力太小，造成连接刚度较低。另一方面，从基础的振动数据来看，汽轮机侧和励磁机侧的垂直振动差异也较大,达2lum。这两方面的原因造成5号轴承座的轴向刚度较低，轴向振动偏大。紧轴承座与基础的连接螺栓后，5号瓦的轴向振动：轴承座顶部为l94um，中分面为137nm，轴向振动仍然偏大。由于基础的缺陷在短时间内无法解决，可以采取现场高速动平衡来降低不平衡量，达到降低振动的目的。2．2励磁机基础振动测量从图2可以看出，励磁机基础6号瓦与7号瓦侧的振动差异较大最大达32um。6号瓦侧的基础刚度相对较差，使得6瓦对不平衡的响应较为敏感，其振动的大小在很大程度上与5号瓦振动的大小有关。基础刚度的降低可能使得励磁机转子的支承刚度降低，当工作转速趋近其临界转速时,瓦的振动可能超标.2．35、6号瓦振的频谱分析图3给出了5号瓦(励磁机侧)和6号瓦的频谱图。从频谱分析可知，5、6号瓦的振动主要为工频分量，其它成分相对较少。它属于强迫振动的范畴，在排除了机组中心不正，转子热不平衡、初始弯曲，不平衡电磁吸引力等因素之后，可以判断转子上存在一定的质量不平衡。2.4碳刷对5、6号瓦振动的影响机组在3000r／min稳定期间，5、6号垂直振动和5号轴向振动时大时小，存在周期性的变化。首次冲转至3000r／min时，6号瓦垂直振动为8lum，振9动偏大，振动在40～110um之间变化，紧5号轴承座与基础连接螺栓紧力后曾降至60um，做电气试验期间最大达l10um。图4为在发电机第一次加重后机组3000r／min稳定期间6号瓦振的变化趋势图。5月l9日l:40机组负荷25MW，6号瓦振动又升至105um，不得不停机处理。6号瓦的变化趋势图表明，在3000r／min稳定期间6号瓦垂直振动开始逐渐变小，然后逐渐变大，呈现周期性变化的趋势。一个周期大约为60min。从测得的振动数据分析，5号瓦垂直和轴向振动也具有与6号瓦相同的变化趋势。为了分析5、6号瓦异常变化的原因，做了碳刷试验。在发电机第二次加重后冲转时取掉励磁碳刷，机组转速至3000r／min稳定一段时间后再装上励磁碳刷。5月20日16：40机组转速至3000r／min，17：01装碳刷，17：05碳刷加装完毕。为了进一步观察碳刷对5、6号瓦振动的影响，机组保持3000r／min稳定运行，见表l。在未装碳刷的情况