振动故障诊断 下载本文

以检查静态热阻是没有意义的,这种热阻往往在某一方向上有好几槽线圈与对应方向存在差别,但就某一槽来说,其差别很小。

(3)铜损和铁损的不均匀:转子励磁线圈的铜损和转子本体的铁损在直径方向上存在差别时,转子就会受热不均,从而使转子直径方向产生不对称温差。 2.转子冷却不均匀

转子通风孔局部堵塞(制造和运行时都有可能产生)或水内冷却发电机转子在导线内水流不对称,都可以使转子在直径方向冷却发生差别而形成不对称温差。这种不对称温除了随转子温度升高而加大外,还会随着发电机进口风温或水温的变化而变化。对于氢内冷发电机转子,当其通风孔堵塞时,轴承振动将随氢压的升高而降低。

检查水内冷发电机转子导线是否存在局部堵塞,需要测定每一组导线流量。制造厂规定每个出水孔流量与各个孔流量平均差应低于20%。

如果某一个或几个出水孔流量严重偏小,说明这一绕组存在堵塞。消除堵塞的方法是采用反冲洗,即由出水孔通入0.8-1.0Mpa压缩空气或0.5Mpa转子冷却水进行吹洗。若无效,可以改用5-10Mpa氧气反吹;为了防止转子线圈承受过高的压力,可以在转子线圈出口处(反冲洗的入口处)安装压力表,控制氧气瓶出口阀,调节线圈出口处压力。

检查空冷和氢内冷发电机转子通风孔是否存在堵塞,是否需要做吹风试验。试验方法见参考文献(1)第三章第二节。

3.转轴轴向传热、直径方向的热阻不均匀

在运行的发电机转子本体上,沿轴向长度上的布是不均匀的,这样就会发生轴向热传导。如果转轴直径方向热阻存在差别,转子在运行状态下在径向将产生不对称温差。造成这种径向热阻差别的原因有:组合式转子轴向连接紧力不足(连接螺丝松动或局部断裂)、转轴材质在径向存在较大的差异和转轴存在横向裂纹。

转子在高速下受内力矩作用而发生的找曲,在一定的平衡状态和一定转速下,其方向是不变的。,因此转子的一侧始终受压,而另一侧始终受拉。当组合式转子轴向连接紧力不足或转轴产生横向裂纹时,受拉的一侧相临两个部件之间会出现微小的间隙,造成受拉的一侧轴向传热热阻高于受压的一侧,形成径向不对称温差,使转子产生弯曲,由此增大服作用在转轴上的内力矩,使轴向传热热阻在径向上的差别进一步增大,形成恶性循环。所以当轴向连接紧力不足或转轴裂纹并不十分严重时,转子温度升向后,振动会发生明显的变化。

这种转子在盘车状态下用直流电加热时,虽然存在轴向热传导,但是在低速下作用在转子上的内力矩很小,转子不能产生明显不对称温差。

转子轴向传热量随着转子轴向温差的增大而加大。轴向传热热阻差别使转子产生的不对称温差,除了随转子本身的温度升高而加大外,还床发电机进口风温的降低而加大。 4.转轴上套装零件失去紧力

转轴上套装零件失去紧力产生的直接不平衡量对振动的影响可以忽略。但是一般套装零件与转轴之间存在一定温差,转轴下套装零件之间将发生热传导。由于套装零件失去紧力,在不平衡力作用下,套装零件一侧紧贴轴表面,另一侧稍离轴表面,形成径向传热热阻不对称而使转轴产生径向不对称温差。这种现象和上述轴向传热直径方向热阻存在差别很相似。

发电机转子上心环、风扇、套箍、滑环及励磁机转子整流等零件失去紧力时会产生这种现象。 5.楔条紧力不一

当打入转子线槽内的楔条在直径方向紧力不一致时,转子在通上励磁电流或温度升高后将发生热弯曲。引起热弯曲的原因是:

(1) 转子表面涡流不对称:由于高次谐波的作用,运行的发电机转子表面会产生涡流。当各线槽内的楔条的紧力在直径方向存在差别时,转子表面涡流的分布也就不对称,从而将引起不对称发热,形成不对称温差。

(2) 轴向膨胀力的作用:大多数发电机转子楔条和转子本体的材质是不同的,当转子温度升高后,转子本体和楔条将产生差别膨胀。由于楔条与转线槽之间的紧力在直径方向不一,这种差别膨胀将形成不对称轴向力而产生弯矩,把转子顶弯。

这种缸陷造成转子热弯曲在目前还很难与转轴上残余应力过大、转轴材质不均、转子受热不均等因素明显地区分开。

知道了引起发电机转了热弯曲的诸种因素后,要确定发电机转子热弯曲的具体原因,则须采用样章第一节所介绍的方法。即首先进行正向推理,逐个排除,将势热弯曲的原因缩小到较小的范围内,然后再反向推理,对还不能排除的一些因素,结合转子结构、机组运行和振动历史、振动特征、仔细求证,必要时解体检查怀疑的缺陷。但这里应指出,解体检查只能发现一些直观可见或一般测试所能发现的缺陷,引起发电机转子热弯曲的许多故障通过直观检查是不能发现的,例如转轴上内应力过大、材质不均、线圈和线槽热阻差别等;而且有些故障即使查明了,要彻底根治也很困难,所以制造厂和电厂还不行不采用热平衡的方法处理一些复杂的转子热不平衡问题。具体方法第四章第八节。

2.8.3 机组有功负荷增大后转子产生的热不平衡

振动并不是随有功负荷的增大而立即增大,而是稳定一段时间后,振动才逐渐增大;同样,当有功负荷减少时,振动并不立即减少。

这种现象说明振动与机组受热状态有关,它明显地包含民一个随机组有功负荷增大而增大的热变量。与发电机类同,这种热变量也有两种形式:一种是随空负荷下振动减少而减少或消失;另一种与空负荷下振动大小无关。后者又有两个原因;汽缸、轴承座膨胀不良和汽轮机转子受热后平衡恶化。

2.8.3.1 汽缸膨胀不良

在汽轮机轴承上如果发生了相似特征的振动,传统的概念认为是由汽缸膨胀受阻引起的。这里为了能采用正向推理找出有功负荷增大后产生热不平衡故障的具体原因,应首先排除或肯定汽缸膨

胀对这一种振动的影响。为了区分这一故障是否是由于机组中心不正引起的,也走了较长的弯路。后来通过汽缸膨胀不良产生振动机理研究才获得查明。

根据现场发生的汽缸膨胀不良表现的各种现象,可以概括为以下三种表现形式,这三种形式产生的振动特征及机理如下:

1)汽轮机各轴承座之间的相互位置发生了变动:产生这种现象的后果是直接导致转子中心变动。对于固定式联轴器,有关这方面问题在本章第四节已经做了叙述。对活动式联轴器,各轴承座之间位置的相对变化,会改变转子之间的连接中心状态。当两个转子中心偏差过大时,活动式联轴器会失去调节作用中,产生激振力,这种激振力引起的振动特性如图示;

2) 改变动静部件之间径向间隙:它所产生的最严重后果是直接导致动静部分磨擦。如果磨擦发生在转轴上,将引起转子热弯曲因而造成振动,具体的诊断见本章第九、第十节。

3)改变轴承座和台板之间的接触状态:这种现象最严重的表现形式是滑动面之间出现间隙,由此降低了轴承座连接刚度,在激振力不变的情况下,振幅增大,这是现场发生汽缸膨胀不良,引起振动增大的最常见的故障形式,这种故障检测方法,详见本章第三节。

由此可见,对于固定式或半找性联轴器机来说,当有功大后,若振动与有功负荷关系与之相似,在排除轴承座连接刚度随有功负荷增大而降低因素之后,可做出振动随有功负荷增大而增大的故障原因是转子受热后平衡恶化,即汽轮机转子产生了热弯曲。 2.8.3.2 汽轮机转子热弯曲

汽轮机转子产生热弯曲的原因有些和发电机转子相同,有些则不同。就目前来说,汽轮机转子产生热弯曲的原因有以下几个方面。 1.转轴上内应力过大 2.转轴材质不均。

上面这两点与发电机转子产生热弯曲的原因相同。但是由于汽轮机转子工作温度比发电机转子要高得多,其转子热弯曲值更显著。这两种缺陷引起振动的特点是:在轴承振动较大的情况下迅速停机;通过转子临界转速时,轴承振动较启动时显著增大;当转速降到盘车转速时立即测量转子弯曲,会发现其弯曲值较启动时有较大的增加,但经2-3h连续盘四车后,这种弯曲即可消失,再次启动、带负荷,这种振动又会重现。

有些机组,由转轴上内应力过大造成的转子热弯曲,在接近满负荷下累计运行15-20d后,会自行消失,这是由于内应力过大的部位正好处在转子工作温度较高的区域内,使其内应力释放了出来。

3.汽轮机叶轮的轮毂之间或轴上其他套装零件与轴凸台之间轴向间隙不足或不均匀,其原因有制造和安装两个方面。另外,积垢或锈蚀也会引起轴向间隙不均匀的阻堵。

在蒸汽流量增大后的一段时间内,转子上套装零件温度升高较转轴本身要快,这样套装零件膨胀大于转轴。当两者膨胀差大于预留的轴向间隙时,套装零件之间或与轴凸台之间的间隙将被顶死,

由此将产生很大的轴向力。如预留的轴向间隙在圆周方向不均匀或局部积垢时,这种轴向力就会形成弯矩,使转子弯曲。

这种热弯曲造成振动的特点是:只在机组冷态启动和带负荷过程中才发生振动,有功负荷升得愈快,振动愈大;当有功负荷稳定一段时间后,振动逐渐减少,而且能恢复到原来状态;当热态启动或升负荷很缓慢时,振动变化比较小,降负荷过程中不会出现振动,所以诊断这种热弯曲比较容易。

4.转轴存在径向不对称温差。有功负荷增大后,转轴上产生径向不对称温差的原因如下。 1/在转轴处存在着轴向不对称漏汽。转轴的一侧漏汽或两侧漏汽不对称,就会造成转轴冷却或加热不均,使转轴产生径向不对称温差,这种温差随着漏汽量的增大而增大。这种缺陷一般是由于在轮毂上或轴上错开键槽而引起的,通过直观检查即能发现。

另外,有些反动式汽轮机转鼓,平衡活塞后的蒸汽通过转鼓的内腔导入某一级。当通过转鼓的这部分蒸汽在入口或出口处的流量在直径方向不对称时,转鼓径向将产生不对称温差。

2/转子外表热辐射不均。由于汽轮机转子工作温度较发电机转子高得多,所以直观认为热辐射不均对振动的影响应该大,但实际上辐射传热在汽轮要转子上占的分量很小,因此转了外表面热辐射不均而引起的转子热弯曲事例国内尚未发生过。

3/转子中心孔内有油或水。目前运行的汽轮机转子,不论是冲动式还是反动式,其转轴中心一般都有中心孔。当中心孔内存有液体而未充满时,在高速下腔内的液体便贴向内腔四壁。由于中心孔的几何中心和转轴的旋转中民不重合,贴向内腔壁上的液体膜厚度在圆周方向是不相同的,转轴在轴向又存在着较大的温差,温度较高的一端足以使液体汽化,温度较低的一端又可能使液体凝结。即使有些转子中心孔内的液体不存在汽化和凝结现象,但由于轴向温差的存在,液体在孔内仍存在着热交换。当贴在内腔壁上的液膜厚度不同时,这种热交换在直径方向就不均匀,从而使转子产生不对称温差,其值随着转本身温度的升高而增大,即随机组有功负荷的增加而增大。 当中心孔的几何中心与转轴的回转中心偏差较大时,中心孔内液体使转子产生的热弯曲,不但随机组有功负荷的增大而增大,而且在暖机和升速过程中也能明显地反映出来。若暖机时间较长,就会引起过大的振动而不能达到额定转速。

由理论推导得知,当转子中心孔进入液体时,除能引起转子热弯曲,而使振动组有功负荷的增大而增大外,还会使振动随时间的增长而发生周期性变化。但国内多台机组的汽轮机转子中心孔进油,除引起转轴势,未发现振动存 周期性变化现象。

液体进入中心孔内,绝大多当选是由于中心孔堵头不严,机组运行时内腔的气体被加热而膨胀,压力升高后泄出;停机后转子冷却,内腔形成负压,把液体或水蒸气吸入腔内。另外有些转子,由于转轴本身存在缺陷(裂纹、小孔),造成中心孔与外界相通。

为防止液体进入中心孔,堵头一定要封严。若某些转子封严有困难,可在内腔直径最大处对称方向开孔,使进入的液体自动排出。波形筒联国同器上对称方向开孔,就是这个缘故。