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1机组和辅机振动分析、故障诊断处理典型案例陆颂元(东南大学振动控制与信息系统研究所南京)摘要：本文介绍了作者近年亲历的汽轮发电机组质量不平衡、轴系失稳、动静碰磨、转子裂纹和燃气轮机组、给水泵等十个典型振动实例，包括测试分析、故障诊断、处理方案确定和处理结果，文中给出了这些故障的振动特征、分析方法、处理措施，可为现场类似故障的分析处理提供参考。关键词：机组和辅机；振动分析；故障诊断；典型案例一、质量不平衡现场诊断与处理实例[实例1]DT电厂＃1机组围带飞脱过程的动平衡1、振动故障情况＃1机是1984年投运的**汽轮机厂D05三缸三排200MW机组，98年3～6月龙威公司和厂家进行三缸通流改造。98年6月12日大修后第一次冲转，3000r/min定速#3瓦垂直振动94微米，水平75微米，振动数据如下：表1动平衡加重前各瓦振动（工频：振幅/相位，ｐ－ｐ，μｍ）-----------------------------------------------------------------------------------------1瓦⊥2瓦⊥3瓦⊥4瓦⊥5瓦⊥6瓦⊥7瓦⊥-----------------------------------------------------------------------------------------6/128:303000r/min15/29321/9094/27825.4/2154.7/4337.7/171-----------------------------------------------------------------------------------------2、动平衡过程从6月12日到6月16日，我方进行了现场动平衡。加重4次。第一次加重在中压末级，加重P3＝723g。加重后#3瓦垂直振动增加到118微米，加重采用的是其它多台同型机组的滞后角，但加重效果与预期的相反。第二次加重：接长轴前对轮加P3d＝781g，取下原中压末级加重的723g。加重后#3瓦垂直振动增大到142微米。当时分析认为，这台机组＃3瓦附近的加重滞后角可能与通常机组相反。在中压末级第三次加重：P3＝1502g；保留接长轴前对轮的781g。加重后冲转，过1600r/min时＃1、＃2、＃3瓦振过大，只升到了1750r/min，不得不停机。这次加重得到1600r/min的影响系数与第一次在同一平面加重得到的的影响系数差别很大。决定再在接长轴前对轮加重，影响系数利用第二次加重2910r/min的。第四次加重：（1）取P3的1502g；（2）取P3d的781g；（3）接长轴前对轮加重P3d＝924g。加重后振动：表1第四次加重后各瓦振动（工频：振幅/相位，ｐ－ｐ，μｍ）-----------------------------------------------------------------------------------------1瓦⊥2瓦⊥3瓦⊥4瓦⊥5瓦⊥6瓦⊥3－4S⊥-----------------------------------------------------------------------------------------6/163:283000r/min2.2/28410.4/789.3/5246/31940/9614/35758/221-----------------------------------------------------------------------------------------23、异常现象虽然动平衡结束，各瓦振动良好，但整个处理过程中有多处令人迷惑不解。首先，#1机组初始几次启机降速时的工频振幅明显地大于升速，有的转速点相差近一半。图1DT电厂#1机组1998年6月12日大修后第一次冲转#3瓦垂直瓦振升降速波特图（dt02）其次，本次在中压末级加重了两次，按通常规律，应该能拿到准确的影响系数。但第一次加后的影响系数和其它同型机组的不同，第二次加重后和第一次的又不同。另外，接长轴前对轮第一次加重的影响系数和其它机组的相位相反。4、异常现象的根本原因在该机组处理完后较长时间，我们对这些问题一直困惑，无法给予合理的解释。直到2000年夏季从大同得知，98年夏季，我们做完#1机组动平衡之后约半年，电厂人员在#3机组（厂里共有4台200MW同型机组）抽汽口发现复环碎片，为查找隐患，揭#3机组中缸检查，没有查出问题，于是又揭#1机组中缸，发现中压转子有复环飞脱，分析说明，#1机组中压飞脱的复环经中压#4抽汽口到#1机除氧器，再到#3机除氧器，最终在#3机抽汽口发现了残片。用复环的飞脱很容易解释1998年动平衡过程中的异常。实际上，这台机复环飞脱是逐渐发生的，每次的飞脱都是在启机升速到高转速时发生，质量变化造成了升降速的振动差别，也造成了前几次加重影响系数的差异，每次得到的影响系数，除了有我们加重质量块引起的振动变化，还有飞脱复环的因素。有人怀疑复环的飞脱与98年动平衡加重振动大有关。振动大不可能造成复环飞脱，因为转子一倍频振动呈弓形回转，转动部件因此受到的额外离心力很小，主要还是大轴转动造成的与转速平方成正比的离心力，因而，复环飞脱应该在该机组起初几次启机到高转速区间由于离心力增加造成的。对复环和叶顶进一步检查发现，机组改造中复环安装铆紧后，厂家又在复环外园车加工过，车后使得铆钉扩展面积变小，强度减弱。[实例2]QZ电厂#7机组振动分析和动平衡1、前言2004年3月18日上午9时，QZ电厂厂外电气系统发生故障，鸡场变压器三相短路，造成该厂＃7、＃8机组失压运行，无功瞬间增大到300MW以上，机组轴系受到冲击，部分轴瓦振动明显增大，尤其＃3瓦振动由冲击前的30微米增大到约80～90微米，严重影响到机组正常安全运行。32、电气系统故障情况鸡场变发生三相短路瞬间，发电机送出的有功功率变小，但主蒸气参数未变，于是转速飞升到3024rpm，发电机输出相位和系统相位拉开，同时由于强励动作，发电机电压提高；紧接着，故障切除瞬间，发电机与系统并列，但两者相位差和过高的电压，造成类似于非同期并网的过程，这对机组轴系产生瞬间扭矩冲击。电气系统故障造成的机组振动增大的过程分为两个阶段：第一个阶段是电气故障对轴系扭矩的冲击；第二个阶段是扭矩冲击导致的轴系振动增大。3、电气系统故障前后的振动状况（1）电气事故前后机组TSI记录电气事故发生在3月18日09:07:07,#7机组振动在线监测系统记录到事故前后的瓦振、轴振变化，如下表：＃7机组瓦振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）2004年3月18日9:00～9:30————————————————————————————————————————————测点3瓦4瓦5瓦6瓦7瓦————————————————————————————————————————————9:03:0132/30/295°43/38/253°20/17/126°19/15/115°24/19/338°9:07:0131/29/295°43/38/253°19/16/131°20/15/116°23/19/337°系统发生电气故障9:07:0763/54/229°77/78/253°41/33/121°17/12/113°17/13/18°9:08:0170/65/221°73/69/248°41/38/120°14/9/168°19/17/6°9:12:0278/72/220°65/63/250°42/39/126°13/8/135°20/16/356°9:30:0174/71/225°59/57/247°37/35/126°14/8/105°19/15/349°————————————————————————————————————————————＃7机组轴振（通频振幅（微米）、工频振幅/相位）2004年3月18日8:30～9:10————————————————————————————————————————————测点3轴4轴5轴6轴7轴8:31:0140/32/7°73/66/18°36/31/210°45/44/74°25/12/325°9:07:0141/32/7°71/66/18°36/31/212°45/43/74°26/12/334°系统发生电气故障9:07:07169/154/321158/143/18°62/54/218°48/42/96°29/11/9°9:08:01170/171/313149/146/10°57/57/214°50/50/85°33/14/322°————————————————————————————————————————————系统电气故障使得＃7机＃3、＃4瓦振动增大，严重危及机组安全运行。4（2）3月19日，20日对＃7机组振动的测试结果1）单阀进汽顺序阀切单阀，＃3瓦振动增大的时间趋势图（q705）3)升降速过程振动升降速过程＃3瓦临界转速振动（q707）（3）3月20日＃7机组带高负荷振动测试结果机组带高负荷＃3瓦振动趋势图根据上述振动测试数据，说明＃7机组＃3、＃4、＃5瓦振偏高，满负荷＃3瓦振动10丝；单阀进5汽＃3瓦振动15丝，轴振30丝，过高；振幅、相位不稳定，3000rpm和不同负荷的相位偏差可达30～40°；临界转速振动偏大。确定振动原因为质量不平衡。3、动平衡加重后振动经过对轴系两次加重的动平衡，＃7机组振动得到明显改善，3000rpm定速的振动明显降低，各瓦振小于25微米；＃3瓦轴振106微米；带负荷后振动逐渐增大，工况稳定时，可以逐渐下降到50微米。动平衡后的振动值如下：＃7机组动平衡后瓦振（工频振幅（微米）/相位）———————————————————————————————————————测点2瓦3瓦4瓦5瓦———————————————————————————————————————3月21日9:203000rpm垂直15/221°21/258°19/68°16/36°水平11/156°20/147°22/290°5/3°3月22日8:30203MW垂直8/6/270°53/50/259°13/12/240°5/3/246°水平33/30/179°26/23/260°19/14/97°———————————————————————————————————————二、碰磨的分析、诊断与处理实例[实例3]DD电厂#1机组带负荷过程碰磨振动DD电厂#1机组轴系结构如图1。HPIPLPGEEX＃4瓦＃5瓦＃6瓦＃7瓦＃3瓦＃2瓦＃1瓦图1D电厂＃1机组轴系简图1、故障发生概况和振动特征DD电厂#1机2001年4月底完成投产后的第一次检查性大修，初始开机两次进行高速动平衡，降低了#7瓦和#1瓦振动。两天后的5月5日开机准备并网带负荷，升速时各瓦振动正常，升负荷至40MW，发现低压缸＃3、＃4瓦轴振上升，最大分别达到97um和130um，远超过3000r/min振动，并保持继续上升趋势，于是立即打闸停机。为查找原因，5月6日再次冲转，3000r/min定速振动正常。19时并网，30MW，#3瓦X振幅由3000r/min的50微米增加到70微米，相位由116°增加到147°；21:27，37MW,3Xr振幅80微米。#3、#4瓦轴振变化如表1所示。带负荷过程#3、#4瓦轴振（1X,微米，峰峰值/相位，度）-----------------------------------------------------------------------------63Xr3Yr3Ya4Xr4Yr4Ya-----------------------------------------------------------------------------18:523000r/min50/11624/34936/34215/23526/16022/16119