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汽轮机组常见横向振动故障诊断要点之转子质量不平衡详解

【摘要】:
振动是汽轮机组状态最常见的外部表现形式。振动信号中包含了丰富的机组状态信息。当机组的状态发生变化时,其振动形态也将随之发生改变。利用适当的数学方法,对振动信号进行分析,可提取反映机组状态的信息。

转子不平衡故障的诊断

转子不平衡是汽轮机组最为常见的故障,统计分析表明,汽轮机组的大部分振动是与转速同步的振动信号。引起汽轮机组同步振动的原因可能有原始质量不平衡、转子热不平衡、转子热弯曲、旋转部件脱落、转子部件结垢等。这些原因都将导致转子的不平衡。不同原因引起的转子不平衡故障的规律基本相近,但也各有特点。

一、转子质量不平衡

1、故障机理分析

转子质量不平衡故障产生的机理是,转子的各横截面的质心连线与各截面的几何中心的连线不重合,从而使转子在旋转时,各截面离心力构成一个空间连续力系,转子的挠度曲线为一连续的三维曲线。这个空间离心力力系和转子的挠度曲线是旋转的,其旋转的速度与转子的转速相同,从而使转子产生工频振动。

2、故障特征分析

当转子有质量不平衡故障时,在不平衡力的作用下转子将发生振动,振动的主要特征有:

 

转子的振动是一个与转速同频的强迫振动,振动幅值随转速按振动理论中的共振曲线规律变化,在临界转速处达到最大值。因此,转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大。同时,出现较小的高次谐波,整个频谱呈所谓的“枞树形”。 

在一定的转速下,振动的幅值和相位基本上不随时间发生变化。

轴心运动轨迹为圆形或椭圆形。

动态下,轴线弯曲成空间曲线,并以转子转速绕静态轴心线旋转。                      

 

3、故障判断依据

对于汽轮机组而言,无论其平衡状况有多么好,总是或多或少地存在质量不平衡。所以,其振动频谱中始终有一倍频分量,这种情况是允许的。这里有必要引入一个判断转子出现不平衡故障的标准。

 

当转子出现不平衡故障时,转子的整体振动水平肯定会超标。在转子振动水平超标的情况下利用如下方法来判断转子是否出现了不平衡故障:

 

设诊断开始时与转速同步的振动矢量为XN,通频矢量为XM,当满足α=0.7),且振幅和相位不随时间发生变化时,机组存在转子质量不平衡故障。