汽轮机转子临界转速及不平衡响应计算

临界转速的计算

一、临界转速分析的目的 临界转速分析的主要目的在于确定转子支撑系统的临界转速，并按照经验或有关的技术规定，将这些临界转速调整，使其适当的远离机械的工作转速，以得到可靠的设计。 例如设计地面旋转机械时，如果工作转速低于其一阶临界转速Nc1，应使N<0.75Nc1, 如果工作转速高于一阶临界转速，应使 1.4Nck

传递矩阵法 基本原理：传递矩阵法的基本原理是，去不同的转速值，从转子支撑系统的一端开始，循环进行各轴段截面状态参数的逐段推算，直到满足另一端的边界条件。 优点：对于多支撑多元盘的转子系统，通过其特征值问题或通过建立运动微分方程的方法求解系统的临界转速和不平衡响应，矩阵的维数随着系统的自由度的增加而增加，计算量往往较大：采用传递矩阵法的优点是矩阵的维数不随系统的自由度的增加而增大，且各阶临界转速计算方法相同，便于程序实现，所需存储单元少，这就使得传递矩阵法成为解决转子动力学问题的一个快速而有效的方法。 缺点：求解高速大型转子的动力学问题时，有可能出现数值不稳定现象。今年来提出的Riccati 传递矩阵法，保留传递矩阵的所有优点，而且在数值上比较稳定，计算精度高，是一种比较理想的方法，但目前还没有普遍推广。 轴段划分：首先根据支撑系统中刚性支撑（轴承）的个数划分跨度。在整个轴段内，凡是轴承、集中质量、轮盘、联轴器等所在位置，以及截面尺寸、材料有变化的地方都要划分为轴段截面。若存在变截面轴，应简化为等截面轴段，这是因为除了个别具有特殊规律的变截面轴段外，其他的变截面轴段的传递矩阵特别复杂。 传递矩阵： 4. 轴段传递矩阵 每段起始状态参数和终端状态参数的转换方程，根据是否考虑转轴的分布质量，可以建立两种轴段传递矩阵 ① 当考虑轴段的分布质量时：起始和终端的转换方程是均质等截面杆的振动弹性方程： ② 不考虑转轴的分布质量时建立的传递矩阵 i 0212222111212Q M X 1000L 100-L 10-L L 1Q M X ??????? ??????????????=??????? ??θααααααθki 其中，a11,a12,a21,a22为该轴段的影响系数，根据材料力学： ???? ?????====EJ L EJ L EJ 22221123 1123L αααα，a11和a12是终端的剪力和弯矩在终端引起的挠度，a21和

汽轮机大轴偏心与晃度

晃动度的测量方法： 转子的晃动度的测量是在汽机轴承内进行。首先把测点打磨光滑，将千分表架固定在轴承或汽缸水平结合面上。为了测量最大晃动度的位置，需将圆周分为八等份，用笔按照逆时针方向编号。表的测量杆对准位置1并与表面垂直，适当压缩一部分使大针指“50”。按旋转方向盘动转子，顺次对准各点进行测量，并记录各测点的数值。最大晃动值是直径两端相对数值的最大差值，最大晃动度的1/2即为最大弯曲值。 晃动度与以下因素有关： 1、汽缸上下壁温差； 2、轴封供汽温度； 3、一侧轴封被严重磨损； 4、轴颈在运行中振动大及轴承钨金脱落； 5、轴端部件有摩擦和振动； 6、轴段或叶轮轮毂有单侧严重摩擦； 7、汽轮机振动大及大修过程中等。 汽轮机大轴偏心度的定义及影响因素： 汽轮机在启动或停机过程中，偏心测量已成为必不可少的测量项目。它能测量到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。偏心是在低转速的情况下，对轴弯曲的测量，这种弯曲可由下列情况引起：原有的机械弯曲，临时温升导致的弯曲，在静态下必然有些向下弯曲，有时也叫重力弯曲。转子的偏心位置，也叫做轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损以及予加的负荷大小，例如由不对中导致的那种情况。它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。 偏心检测系统DYW-P型偏心监控仪是精密测控仪表。具有报警与停机控制信号输出，设有电流输出通用接口，可与计算机等设备连接。该监控仪采用160×80（mm）通用机箱，LED数字显示,PVC彩色面膜和轻触摸键,外形美观，款式新颖，结构合理，安装简单，性能稳定，质量可靠，测量准确。 现场常发生的汽轮机偏心大有以下几种原因： 1、测量装置本身有问题，造成测量值摆动大，无法读取。建议汽机检修检查处理，将机械测量与热工测量进行校对； 2、汽轮对轮安装时原始张口不合格，超过80um，导致盘车时偏心大与原始值20um 以上。这种现象一般不易调校，要对对轮进行调整； 3、运行中偏心变大，可能存在动静碰磨、油膜振荡、汽温突降或水击、汽流激振、电磁干扰、轴承油膜刚度不足、汽轮机转子部件脱落或松动等因素。 4、汽轮机转子出现热弯曲或出现裂纹； 5、机组启动过程中汽缸温差，特别是上、下缸温差和法兰内、外壁温差超标会

汽轮机转子及构成

汽轮机转子及构成 1转子定义 汽轮机所有转动部件的组合体称为转子（图13）。它主要包括：主轴、叶轮（转鼓）、叶片、联轴器等部件。 图13 转子 转子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传给发电机。 转子受力分析：传递扭矩、离心力引起的应力、温度不均匀引起的热应力、轴系振动所产生的振动应力。 汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。 此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动，转子要承受轴系振动所产生的振动应力。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。 2转子的分类 根据汽轮机的分类，转子分为两种：轮式转子、鼓式转子。前者用于冲动式汽轮机，后者用于反动式汽轮机，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上。 按临界转速是否在运行转速围，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。 1、轮式转子 轮式转子根据转子结构和制造工艺的不同，可分为：套装转子、整段转子、焊接转子以及组合转子。

1-油封环2-轴封套3-轴4-动叶栅5-叶轮6-平衡槽 图14 套装转子示意图 （1）套装转子 套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套在主轴上，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大。 适用性：只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子。 ①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。 ②缺点：轮孔处应力较大，转子刚性差，高温下套装处易松动。 （2）整锻转子 叶轮和主轴及其他主要零部件由整体毛坯加工制成，没有热套部件。主轴的中心通常钻有中心孔，其作用是： ①去掉锻件中残留的杂质及疏松部分； ②用来检查锻件的质量； ③减轻转子的重量。 其缺陷在于： ①使转子工作应力增大，制造成本增加； ②运行中易出现中心孔进油、进水、腐蚀，引起转子不明的振动； ③检修、动平衡复杂。 随着锻造、热处理及探伤技术水平的提高，无中心孔的转子结构应运而生。 ①优点：不会出现零件松动问题，结构紧凑，强度、刚度高，适合高温、高应力环境下工作； ②缺点：贵重材料消耗大，对加工工艺要求高。 适用性：中小型汽轮机的高压转子、大型汽轮机的任何转子（高参数或超高参数机组的高压转子）。

转子不平衡的故障机理与诊断

转子不平衡的故障机理与诊断(1) 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。 一、不平衡的种类 造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。 原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。 渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。 突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。 不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。 二、不平衡故障机理 设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如图1-1所示。

图1-1 转子力学模型 由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两兼而有之。离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有关，即F＝meω2。众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致，振动的幅频特性及相频特性。 三、不平衡故障的特征 实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所示。 由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。 (1) 振动的时域波形近似为正弦波（图1-2）。 (2)频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波，使整个 频谱呈所谓的“枞树形”，如图1-3所示。

汽轮机振动异常原因分析及解决方法

汽轮机振动异常原因分析及解决方法前言 汽轮机的振动大小，是评价汽轮机组运行可靠性的重要指标。对于高速转动的汽轮机来说，微小的振动是不可避免的，振动幅度不超过规定的标准属于正常振动。对汽轮机的运转没有影响，但是当振动超过规定限值时，对整个汽轮机组的运行是有害的，表明机组内部存在缺陷。本文所分析的就是这种振动过大的异常振动产生的原因和减小振动的方法。 一、汽轮机振动过大的危害 汽轮机组振动过大，会使机组内部部件的连接松动，基础台板和基础之间的刚性连接削弱，或使机组的动静部分发生摩擦，造成转子变形、弯曲、断裂，甚至是叶片损坏。当机头发生振动时，可能直接导致危机保安器动作，造成停机事故。当汽轮机动静叶片由于过大的振动而发生相对偏移时，会造成高低压端部轴封发生不正常磨损。低压缸端轴封的磨损破坏轴封的密封作用，使空气被吸入负压状态下的低压缸，破坏凝汽器的真空，直接影响汽轮机组的经济运行。高压缸端轴封的破坏会使高压缸的蒸汽大量向外泄露，降低高压缸做功能力，甚至会引起转子发生局部热弯曲。泄露的高压蒸汽如果进入轴封系统的油档中，使润滑油内混入水分，造成油膜失稳，也可能产生油膜振荡，造成轴瓦乌金熔化。当过大的振动造成轴弯曲时，可能使发电机滑环和电刷的磨损加剧、静子槽楔松动、绝缘被破坏，造成发电机或励磁机事故。当过大的振动造成某些紧固螺丝松脱、断裂时，甚至会造成整个汽轮机组的报废。所以，消除异常振动，是确保安全生产的重要环节。 二、汽轮机异常振动的原因分析与解决方法 汽轮机组负担着将热能转化为电能的任务，由于其长时间运行、关键部位长期磨损等特点，各种故障时常发生，其中，振动异常是汽轮机组常见故障中最频繁的一种，严重影响了电厂的正常发电。由于振动产生的原因非常复杂，汽轮机

机械故障诊断论文 旋转机械故障诊断技术

XX大学机械交通学院 机械故障诊断论文 题目：旋转机械故障诊断技术 姓名学号： 指导教师： 年级专业：机械设计制造及其自动化084班所在学院：机械交通学院 课程评分： 二零一一年12月18日

旋转机械故障诊断技术 摘要：通过分析旋转式机械各种故障产生机理的基础上，归纳和概括了传统故障诊断的基本原理和典型故障振动特征分析方法及模糊理论、神经网络、遗传算法等在诊断决策算法研究中的应用，并对国内外旋转机械故障诊断的发展现状进行了详细论述最后对其发展趋势进行了展望。旋转机械是各种类型机械设备中数量最多应用最广的一类机械，特别是一些大型旋转机械，如汽轮机、球磨机、离心式压缩机等支持国家经济命脉的一些工业门是属于关键设备。由于检测技术在当今轻工业广泛应用，如电力、石化、冶金、汽车和造船等国民经济重要部门，都需要用机械振动的测试和分析，来检测机械是否正常运作。 关键字：机械故障诊断；旋转机械

前言 设备状态监测与故障诊断是通过掌握设备过去和现在运行中或基本不拆卸的情况下的状态量，判断有关异常或故障的原因及预测对将来的影响，从而找出必要对策的技术。它是一门综合性技术，涉及传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术以及人工智能专家系统等多门基础学科，是对这些基础理论的综合应用。 旋转机械的主要功能是由旋转动作完成的，转了是其最主要的部件。旋转机械发生故障的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。转子常见的故障有转子不平衡、转子不对中、转子弯曲、油膜涡动和油膜振荡等[1]。 1.旋转机械故障诊断的内容 作为设备故障诊断技术的一个分支--旋转机械状态监测与故障诊断技术.其研究领域也同样主要集中在故障信息检测、故障特征分析、状态监测方法、故障机理研究、故障识别及其专家系统。 2.旋转机械的振动关系及故障分类 旋转式机械的主要组成部分是转轴组件，又称转子系统，它包括转子、轴承、支座及密封装置等部分。由于转子类型及振动性质的不同，其产生故障的原因，机理及振动特征各不相同。 2.1转子不平衡 2.1.1转子不平衡产生原因 在旋转机械中，若转子的质心与旋转轴不重合，就存在不平衡。转子不平衡包括转了系统的质量偏心及转子部件出现缺损。转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的，称此为初始不平衡。转了部件的缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用使转子的零部件(如叶轮、叶片等)局部损坏、脱落、碎块飞出，从而造成新的转了不平衡。转子质量偏心和转子部件缺损是两种不同的故障但其不平衡振动机理却有共同之处。 2.1.2转子不平衡的振动特征 转子不平衡故障的主要振动特征为：频谱图中，谐波能量集中于基频；振动的时域波形为正弦波；当工作转速一定时，相位稳定；转子的轴心轨迹为椭圆；转子的进动特征为同步正进动；转子振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感，振动幅值与转速的平方成正比，而与负荷大小无关；当转速大于第一临界转速后，转速上升，振幅趋向于一个较小的稳定值。当转速接近第一临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值；不平衡故障主要有静不平衡和动不平衡两种。对于静不平衡，其振动方向主要反映在径向，与轴向振动无关，转子两端轴承同一方向的径向振动为同相。 2.2转子不对中 2.2.1转子不对中产生原因 机组各转子之间由联轴器联接构成轴系传递运动和转矩。由于机器的安装误

汽轮机转子运行故障分析及诊断

汽轮机转子运行故障分析及诊断 发表时间：2017-05-12T09:03:43.900Z 来源：《防护工程》2017年第1期作者：李钢 [导读] 在目前工业生产中，汽轮机作为重要的旋转设备，是工业生产中必不可少的机械设备。 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁阜新 123000 摘要：在目前工业生产中，汽轮机作为重要的旋转设备，是工业生产中必不可少的机械设备。其中汽轮机转子是汽轮机的主要零部件，使得汽轮机转子安全性、可靠性、适用性以及可维修性特点受到人们的关注，促使关于汽轮机转子运行故障机理与诊断技术也在飞速发展。在汽轮机转子运行过程中，发生的振动信号是判断汽轮机工作状态的重要指标，更是影响机械设备运行安全与操作人员人身安全的因素，因此对汽轮机转子运行故障分析及诊断的研究工作迫在眉睫。 关键词：汽轮机转子；运行故障；诊断 1概述 汽轮机组的振动是机组运行必须要监测的一个非常重要的参数，因为当机组振动超过规定的范围时，将会引起设备的损坏，甚至造成严重后果：(1)使转动部件损坏。当机组振动过大时，会使叶片、围带、叶轮等各部件的应力增加，从而产生很大的交变应力，导致疲劳而损坏；(2)使机组动、静部分发生磨损；(3)使各链接部件松动；(4)直接造成运行事故。当机组振动过大，同时又发生在高压缸端侧时，有可能危及保安器误动作而发生停机事故。因此，机组运行中要严格检测其振动值。 近几年来，大庆油田宏伟热机组频繁出现振动大引起的停机事件，这就使得我们不得不引起对汽轮机组振动故障的重视。 2汽轮机转子运行故障类型 在汽轮机转子运行过程中，振动信号发生是转子发生故障的前提表现，对此应在汽轮机转子运行过程中，对其振动信号进行准确测量，为了更好地判断汽轮机转子运行故障类型，对其进行分类阐述。振动频率：基频振动、倍频振动、整分数基频振动、比例基频振动、超低基频振动以及超高基频振动；振幅方位：横向振动（水平振动和垂直振动）、轴向振动与扭转振动；振动原因：转子平衡度较差、轴系不对称和零件松动、摩擦（密封件摩擦、转子和定子之间产生的摩擦）、轴承损坏、轴承内部油膜涡动与油膜振动、动力和水力的影响、轴承刚度较差、电气等；振动部位：转子和轴系振动（轴颈、轴纹叶片）、轴承（油膜滑动和波动）、壳体振动与轴承座振动、基础振动（基座、工作台、支架）、其他结构振动（阀门、阀杆、管道等）。 3结合实际案例对汽轮机转子运行故障及诊断进行分析 某市炼油厂，利用延迟焦化装置中采用汽轮机，其具体的汽轮机厂商为杭州汽轮机厂，类型为凝气反动式汽轮机，现采用ENTEK振动检测系统对汽轮机运行状态进行诊断与监测。其详细的汽轮机转子运行故障诊流程为：对汽轮机转子振动信号信息进行检测和采集、分析与处理、传输、推理以及控制等。因为振动信号检测是判断汽轮机转子运行故障的主要依据，振动信号分析与处理工作是判断汽轮机转子故障的关键环节，传输与推理是整体运行故障判断的核心，控制是汽轮机转子运行故障诊断的最终目标。同时在汽轮机转子内部安装电涡流传感器，将线缆与控制箱相连，控制箱自带的振动监测模块可完成高速度数字振动信号的传输与处理工作，再使用以太网将信号处理结果上传至上位机中，从而完成汽轮机转子运行故障的诊断工作。 3.1对ENTEK振动检测系统的利用 在该炼油厂使用的ENTEK振动检测系统性能参数如下所示：型号：NK25/NK28/NK12.5；额定功率：1178KW、常规功率：1071KW；额定转速：12176RPM、常规转速：9132RPM-12785RPM；最大进汽压力：1.2MPa（a）、常规进汽压力：1MPa（a）；常规排汽压力：0.012MPa（a）；最大进汽温度300摄氏度、常规进汽温度230摄氏度。 在ENTEK振动检测系统中，对于汽轮机转子运行故障的诊断，产生的信号数据直接送至XM模块中，经过以太网的传输，将信号传输至emonitor系统软件内部，在该软件界面中，实现传感器与信号数据的相接，使其成为振幅型数据，从而可知由emonitor系统软件连接的采集器、监测模块以及保护监测表共同组成具有共享能力的数据库，其共享数据库内自主携带故障诊断工作，能够依据实际需求，对汽轮机转子的运行故障类别进行准确定位，对此，操作人员以手动输送的方式，完成故障诊断报告的生成工作。 在此系统故障诊断环节中，由汽轮机转子振动值超出限定值而产生的故障，则需对汽轮机进行停机检修，同时加大对转子运行状态的监测工作，并对转子的转速进行妥善控制。汽轮机转子在初始运行期间，振动值均以达到限定值范围，但是由于难以在生产中对汽轮机进行检修。因此，采用转子减速与状态控制的方式，实现对汽轮机转子运行故障的诊断工作。 3.2报警和故障诊断 在对汽轮机转子振动信号数据分析过程中，应利用事先采集的信号设置与之相对应的报警界定，进而才能在振动值高出正常限定值时，及时对汽轮机转子的运行故障类型进行识别和分类，其详细的振动值高超报警流程为：输定报警值界限——输入采集数据限号——汽轮机转子运行——发生警报。首先，对转子平衡度较差故障诊断：水平与垂直倍频不平衡值均大于等于1、单倍频振动效果较为明显；其次，转子摩擦故障诊断：4倍频占据1倍频20%以上、5倍频与0.5倍频占据1倍频10%以上、2倍频占据1倍频50%以上、3倍频占据1倍频20%以上以及1倍频在界定值以上；最后，油膜涡动与油膜振动故障诊断：0.5倍频、1倍频其幅值均在2.0以上。 3.3摩擦振动故障排查措施分析 通常情况下，汽轮机转子运行的环境比较复杂，它在运行过程中不仅会受到高速旋转和气流冲击作用力，同时高温、潮湿以及高压的工作环境会对转子造成一定的破坏，影响机组转子的安全稳定运行。因此，应当对转子日常的保养和检查工作给予高度的重视，一旦检查过程中发现故障，维修技术人员应当立即采取解决措施，对产生摩擦振动的部件进行必要维修，而如果机组部件维修价值不高应当进行更换，以消除摩擦振动对汽轮机运行造成的不利影响。 3.4汽轮机积盐原因及处理措施 对于正常运行的汽轮机，其饱和蒸汽实际含盐量会与过热蒸汽含盐量相同或饱和蒸汽含盐量略高。若汽轮机的过热蒸汽含盐量比过饱和蒸汽含盐量高时，则说明汽轮机内部积盐现象已很严重，此时应及时停机，全面清洗汽轮机。在清洗时我们常用到两种处理方法手工除垢与喷砂除垢。如果用这两种除垢法不能完全去除汽轮机内部污垢，可用柠檬酸溶液配合软水来进一步清洗汽轮机。

临界转速

在工程上，我们也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界转速。 当代的大型转动机械，为了提高单位体积的做功能力，一般均将转动部件做成高速运转的柔性转子(工作转速高于其固有频率对应的转速)，采用滑动轴承支撑。 由于滑动轴承具有弹性和阻尼，因此，它的作用远不止是作为转子的承载元件，而且已成为转子动力系统的一部分。在考虑到滑动轴承的作用后，转子——轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就和单个振动体不同了。 柔性转子的临界转速 由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作，所以在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有频率转速下运转时，机组的振动是一般的强迫振动，幅值都不会太大，共振点是一个临界点。故此，机组发生共振时的转速也被称之为临界转速。 转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关。实际情况表明：带有一个转子的轴系，可简化成具有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转速，依次类推。 其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1，比之大的依次叫做二阶临界转速nc2、三阶临界转速nc3。 工程上有实际意义的主要是前几阶，过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。 临界转速的变动 为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各临界转速的一定范围之外，一般要求： 刚性转子 n<0.75 nc1 柔性转子 1.4 nc1 < n <0.7 nc2 式中，nc1、nc2分别为轴系的一阶、二阶临界转速。 机组的临界转速可由产品样本查到或在起停车过程中由振动测试获取。 需指出的是，样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。 一般地说，一台给定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。 但实际上，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影响到临界转速的改变。 多数情况下，这种临界转速的改变量不大，处在规定必须避开的转速区域内，因而被忽略。

振动故障诊断及其转子平衡

振动故障诊断及其转子平衡 一、振动基础理论知识简介 1、基本概念： ▲振动：一个弹性体或弹性系统（几个弹性体连在一起）离开其平衡位置做周期性往复运动就叫振动。 其振动量有：极值（峰值），其中单峰值X m，峰-峰值X m-m，X m-m=2 X m；平均值（X i）和均方根值（有效值-X S）。 ▲简谐振动：能用一项正弦或余弦函数表示其运动规律的周期性振动，现场发生的一些复杂振动均是几种不同频率的简谐振动的合成，因此一些资料或书籍均以简谐振动为主加以分析和研究。 X=A.cos（ωt+Φ） ▲通频振幅、基频振幅/基频相位：目前测量振动的仪表按功能来分有两种，一种只能测量振幅值，称为振动表；另一种除能测量幅值外，还能测量振动相位和不同频率下的振动分量，称作振动仪。 振幅有两个含义：1.振幅的表示方法；2.振幅中所含的频率成分。 描述振动的几个物理量： 振动速度：X=A.sin ωt 振动位移：Y=dx/dt=ωt sin（ωt+900） 振动加速度：Z= d2x/dt2=ω2t sin（ωt+1800） X、Y、Z：ω相同，A（最大位移），ωA，ω2A； Y比X矢量超前900；Z比X矢量超前1800。

表示振动强度，位移是最有效的；表示振动平均能量的振动速度是有效的；表示振动冲击强度，振动加速度是最有效的。 ▲极值（幅值）、有效值、平均值的关系： X S =Xm Xi 2 1223600= 极值（幅值）：单峰值X （t ）=1；峰-峰值=2 平均值：（ X ）=A dt t x T T 636.0)(10=? 均方根值（有效值）：X S =A dt t x T T 707.0120 =?）（ 三者之间的关系：双振幅近似等于3倍的有效值或平均值。 轴承振动烈度是以振动速度的均方根值， 我们现在一直沿用的是轴承振动位移峰-峰值S P-P ，国外和国内某些制造厂有用轴承烈度表示 振动，上述换算关系只是指单一频率的振动，如果是混频振动不能直接换算。 ▲通频振幅：用普通振动表（不带滤波器）测得的振幅值是各种频率振动分量的叠加值，如果振幅是由几种不同频率的周期振动叠加而成，其叠加后的振动仍是周期振动，A 在各个周期内保持不变，仪表指示稳定，如果表记示值不稳定，说明由非周期成分存在。 ▲基频振幅：通频振动只能反映物体总的状态，如果要反映振动故障的性质和计算转子重量，就要获取基频振幅。所谓基频振幅是指基波振动频率（机组振动的基波频率等于转子工作频率）下运动量值按正弦规律变化的幅值。测取的方法是采用可调滤波器，可调滤波器

转子临界转速概念

1 转子临界转速概念 转子的固有频率除了与转子结构（和支承结构）参数有关外，它还随转子涡动转速和转子 自转转速的变化而变化。在转子不平衡力驱动下，转子一般作正同步涡动，当转子涡动转 速等于转子固有频率时，转子出现共振,相应转速就称为该转子的临界转速。 2 转子临界转速计算对程序的要求 计算转子临界转速必须能够考虑旋转结构涡动时产生的陀螺效应对转子临界转速的影响， 这是转子临界转速计算同其他非旋转结构固有频率计算的差异所在。一般有限元程序不具 备计算转子临界转速的功能。 3 ANSYS的临界转速计算功能 1) 计算转子临界转速可用单元 BEAM4； PIPE16。 COBIN14(用于模拟带阻尼的弹性支撑) 2) 单元特性及实常数 BEAM4和PIPE16: Keyoption(7)=1 实常数Spin=转子自转角速度（ω） rad/s。 3) 特征值求解方法 选取DAMP方法求解特征值。 4) 计算结果处理 采用有限元方法计算转子临界转速时，转子会出现正进动和反进动。由于陀螺效应的作用 ，随着转子自转角速度的提高，反进动固有频率将降低，而正进动固有频率将提高。根据 临界转速的定义，应只对正进动固有频率（Ωc）进行分析。 在后处理中首先剔除负固有频率，然后分析各阶模态振型，确定同一阶振型的正进动和反 进动固有频率。 改变转子自转角速度（ω），计算出新的Ωc，最后画出Ωc～ω曲线，根

据临界转速的定 义，当Ωc=ω时，Ωc即所求临界转速。需注意：由于Ωc的单位为Hz，而ω为rad/s，计算 时应转换单位。 4 算例 单转子结构如图所示，转子轴近似无质量，轮盘密度8*104Kg/m3,其余材料参数为： E=200Gpa μ=0.3 || |----50--------| || _____________________________||d=120 ^ ^ d0=10 || || h=0.5 |---------- 100----------------------------------| 算例命令流文件如下： /PREP7 ET,1,BEAM4 !* KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,6,0 KEYOPT,1,7,1 KEYOPT,1,9,0 KEYOPT,1,10,0 *SET,p,acos(-1) *SET,R1,5 *SET,R2,60 R,1,p*R1**2,p*R1**4/4,p*R1**4/4,2*R1,2*R1, , RMORE, ,p*R1**4/2, , ,2175, , R,2,p*R2**2,p*R2**4/4,p*R2**4/4,2*R2,2*R2, , RMORE, ,p*R2**4/2, , ,2175, ,

临界转速理论基础

临界转速理论基础 一、临界转速定义 临界转速就是透平机组转速与透平机转子自振频率相重合时的转速，此时便会引起共振，结果导致机组轴系振动幅度加大，机组振动加剧，长时间在这种临界转速下运转，就会造成破坏事故的发生。 由于转子因材料、制造工艺的误差、受热弯曲等多种因素，转子各微段的质心一般对回转轴线有微小偏离。转子旋转时，由上述偏离造成的离心力会使转子产生横向振动，在工作过程中不可避免的产生振动现象。这种振动在某些转速上显得异常强烈，这些转速称为临界转速。转子的振动幅值（扰度、离心力）将随着转速的升高而增大，当转速继续升高而振动幅值出现下降且稳定在某一振动幅值范围之内，我们称转子系统此时发生了共振现象（批注：转子的振动幅值（扰度、离心力）将随着转速的升高而增大，当转速继续升高而振动幅值出现下降，继续升高下降）。我们把振动幅值出现极大值时对应的转速称为转子系统的临界转速，这个转速等于转子的固有频率。当转子速度继续升高，振动幅值再次出现极大值时，该振动幅值对应的转速称为二阶临界转速，以此类推我们可以定义转子的三阶临界转速,四阶临界转速。但是实际中由于支承刚度、轴系受力等情况，转子临界转速会与定义值有一定的偏差，比如转轴受到拉力时，临界转速会提高；转轴受到压力时，临界转速会下降。 转子的临界转速一般通过求解其振动频率来得到。转子的固有频率除了与转子结构（和支承结构）参数有关外，它还随转子涡动转速和转子自转转速的变化而变化。在不平衡力驱动下，转子一般作正向同步涡动，当转子涡动频率等于转子振动频率时，转子出现共振，相应振动频率下的转速就称为该转子的临界转速。转子的固有频率除了与转子结构（和支承结构）参数有关外，它还随转子涡动转速和转子自转转速的变化而变化。为确保机器在工作转速范围内不致发生共振，临界转速应适当偏离工作转速10%以上。 临界转速的研究对于旋转机械很重要。在旋转机械中，由于振动而引起很多故障甚至事故，造成了财力物力的损失。有效预防、及时发现、有效解决振动原因能够显著提高设备的运行安全性、可靠性并减少维修费用，带来巨大的经济和社会效益。引起旋转机械振动的原因很多，但是运行在临界转速下的转轴产生的振动破坏性最大。在运行中，要尽快通过临界转速，动力学特性研究指出，转子在越过临界转速后会自动定心，因而可以稳定运转。二、临界转速的分析 根据临界转速的定义可以看出，质心的偏移是临界转速产生的原因。当回转体在临界转速或其附近运行时，本身将出现很大变形并作弓状回旋，引起支承及整个机械的剧烈振动，甚至造成轴承和回转体的破坏，而当转速在这些特定转速的一定范围之外时，运转即趋于平稳。 以图2-1所示竖立单圆盘转轴为例分析临界转速。轴的重量忽略不计，只考虑圆盘的质量m，轴系的刚度为k，而阻尼可忽略，圆盘的几何中心为O，重心为G，偏心距e = O’G。当轴静止时，其轴心线与铅垂线AB 重合；当轴以角速度ω 旋转时，偏心质量将产生离心惯性力2meω，使轴弯曲而到达AO’B的位置，其振幅为OO’。 由图2-1可见，在临界转速下运动时，轴系作两种运动：一种是圆盘绕几何中心的转动；一种是弯曲了的轴AO’B 绕铅锤线AOB的转动，轴的变形呈弓状，因而称为弓状回旋。弓状回旋与轴系的横向振动不同。横向振动时，轴因反复弯曲而产生交变拉压应力；弓状回旋时，轴内不产生或仅产生频率远低于轴转频率的交变拉压应力，但离心惯性力对轴系施加频率等于轴自转频率的交变作用力而使系统发生振动。当不考虑回转效应和工作环境等因素时，回转体的临界转速在数值上与其横向振动的固有频率相同。设某回转体的临界转速为 n c（r/min），其横向振动的固有频率为ωn（rad/s），则有：

转子不平衡动态响应分析

转子不平衡动态响应分析 李琼 长安大寨组 摘要：动平衡技术是建立在对转予系统的不平衡响应规律性认识的基础上的，而动平衡测试主要是从转子系统的振动信号中提取反映不平衡量的特征信息。因此，深入分析各种转子的不平衡动态响应，考察其稳态响应，特别是瞬态响应与不平衡量及转子系统参数的关系，有利于选择合适的动平衡方法，确定各种动平衡技术的适用参数范围和工作条件。 关键词：动平衡技术；动力学方程；滤波法； 针对线性、定常系统及其响应分析的方法很多，然而，这些方法基本上都是针对转子系统设计分析的。相对来说，研究变转速状态下转子动力学瞬态特性的文献比较少，而研究变转速状态下转予不平衡动态响应的文献更少。因此，本文将从转子动力学的角度出发，针对平面转子、刚性转子、挠性转子等典型转子系统，通过建立其动力学数学模型，采用理论分析与数值仿真相结合的方法，深入分析其不平衡动态响应，以及各种参数对不平衡响应的影响。 1、动平衡技术的研究 动平衡技术是建立在对转予系统的不平衡响应规律性认识的基础上的，而动平衡测试主要是从转子系统的振动信号中提取反映不平衡量的特征信息。因此，深入分析各种转子的不平衡动态响应，考察其稳态响应，特别是瞬态响应与不平衡量及转子系统参数的关系，有利于选择合适的动平衡方法，确定各种动平衡技术的适用参数范围和工作条件。保持转子支承的阻尼仍取较大值，增大角加速度，恒加速不平衡响应和稳态响应的差异又变得明显，这说明变速情况下的不平衡响应除了受支承阻尼的影响外，还和角加速度有关。较大的转速波动和较小的系统阻尼，会使得转子变速不平衡响应与稳态响应产生显著差异，这一点对平衡操作来讲非常重要，必须在转子动平衡的过程中加以考虑。 2、转子的动力学方程的应用 根据转子的动力学方程，建立了转子系统稳态和瞬态不平衡响应的数值仿真模型，

旋转机械不平衡故障的诊断

《机械故障诊断技术》 读书报告 院系：机械与汽车工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级：13机制（升） 姓名：林媛 学号：1302224001 指导老师：王平 学年：2014-2015学年第一学期

旋转机械不平衡故障的诊断案例综述 The Summary of Unbalanced Rotating Machinery Fault Diagnosis Cases 【摘要】： 在理想的情况下回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但在实际应用中的各种回转体，由于材质不均匀 或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状 等多种因素，造成了回转体的不平衡，即使静态平衡了，回转体在旋转时，其 上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，从而产生了不平衡的离心力，就造成了动态的不平衡。转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现 缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有70%的 故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。 【关键词】： 旋转机械转子不平衡故障诊断 【Abstract】： In the ideal case, no matter how the rotary body is rotating or not rotating, the pressure on the bearings is the same, so that the rotary body is balanced. However, b ecause material is unevenblank has some defect and machining and assembling gene rate errors,even designing has been asymmetrical geometry and so on,the various rot ary body of the practical application become to be unbalanced. Even under Static bal ance.When the rotary body is rotating,centrifugal force of inertia generated on each t

临界转速的计算

临界转速分析的目的 临界转速分析的主要目的在于确定转子支撑系统的临界转速，并按照经验或有关的技术 规定，将这些临界转速调整，使其适当的远离机械的工作转速，以得到可靠的设计。 例如设计地面旋转机械时，如果工作转速低于其一阶临界转速Nc1，应使N<0.75Nc1, 如果工作转速高于一阶临界转速，应使 1.4Nck

传递矩阵法 基本原理：传递矩阵法的基本原理是，去不同的转速值，从转子支撑系统的一端开始，循环 进行各轴段截面状态参数的逐段推算，直到满足另一端的边界条件。 优点：对于多支撑多元盘的转子系统，通过其特征值问题或通过建立运动微分方程的方法求 解系统的临界转速和不平衡响应，矩阵的维数随着系统的自由度的增加而增加，计算量往往 较大：采用传递矩阵法的优点是矩阵的维数不随系统的自由度的增加而增大，且各阶临界转 速计算方法相同，便于程序实现，所需存储单元少，这就使得传递矩阵法成为解决转子动力学问题的一个快速而有效的方法。 缺点：求解高速大型转子的动力学问题时, 传递矩 阵法，保留传递矩阵的所有优点，理想的方法， 但目前还没有普遍推广。 轴段划分：首先根据支撑系统中刚性支撑（轴承）的个数划分跨度。在整个轴段内，凡是轴承、集中质量、轮盘、联轴器等所在位置，以及截面尺寸、材料有变化的地方都要划分为轴段截面。若存在变截面轴，应简化为等截面轴段，这是因为除了个别具有特殊规律的变截面轴段外，其他的变截面轴段的传递矩阵特别复杂。 传递矩阵： 4. 轴段传递矩阵 每段起始状态参数和终端状态参数的转换方程，根据是否考虑转轴的分布质量，可以建 立两种轴段传递矩阵 ①当考虑轴段的分布质量时：起始和终端的转换方程是均质等截面杆的振动弹性方程： ②不考虑转轴的分布质量时建立的传递矩阵 X1L 1212 L - 11 X 01 2222 L - 21 M001L M Q ki0001Q 0i 其中，a11,a12,a21,a22为该轴段的影响系数，根据材料力学 3 11 12 3EJ L2 21 2EJ L a11和a12是终端的剪力和弯矩在终端引起的挠度, a21和EJ 有可能出现数值不稳定现象。今年来提出的Riccati 而且在数值上比较稳定，计算精度高，是一种比较

汽轮机振动故障的原因分析与处理 张大鹏

汽轮机振动故障的原因分析与处理张大鹏 发表时间：2019-09-21T23:40:03.593Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：张大鹏 [导读] 摘要：汽轮发电机组是电厂系统中重要的设备。 青海桥头发电有限责任公司青海西宁 810100 摘要：汽轮发电机组是电厂系统中重要的设备。汽轮机的稳定运行直接关系到电力负荷情况，电力系统的稳定运行，对整个城市的经济发展都会产生直接影响。因此，电力企业为了维持电力系统的稳定运行，提出对汽轮机的养护，在此过程中电力企业也会提升自己在本行业的竞争力度。本文就汽轮机振动故障的原因分析与处理展开探讨。 关键词：汽轮机；振动故障；原因分析；处理措施 引言 汽轮机在电力系统中所起到的作用毋庸置疑，对于居民用电也有着直接影响，工业生产中各项电力器械的运行更是离不开电力系统稳定运行的支持。为例确保电力系统的稳定运行，有必要对汽轮机进行定期的检修与保养。汽轮机振动故障是汽轮机故障中比较常见的故障，也会对汽轮机产生较大影响的故障。本文将针对该故障进行原因分析，并在此基础上提出相应的解决措施。 1、汽轮机振动故障原因 1.1转子质量不平衡 汽轮机振动故障存在多种原因，其中最为常见的为转子质量不平衡。转子质量不平衡在汽轮机振动故障中占得比例高达80%，剩下的20%也不能认为完全与转子质量不平衡没有关系。分析转子质量不平衡的原因可以总结为以下几个方面：①材料的不均匀；②制造、设计和安装过程出现偏差；③使用过程中没有对转子进行定期养护导致材料受损。转子质量不平衡会使转子的惯性主轴与旋转轴线出现一定程度偏离，在这种情况下转动转子，离心力显然难以维持平衡，必然会出产振动的现象，从而使汽轮机发生故障。 1.2转子热弯曲故障 当汽轮机运行时，转子将会因为受热而出现弯曲状态，进而影响转子的平衡。热弯曲是汽轮机机组较为常见的震动故障，而引起转子产生热弯曲的原因也有很多，在汽轮发电机之中，较为常见的热弯曲故障有以下两种：汽轮机转子热弯曲、发电机转子热弯曲。汽轮机转子热弯曲的原因多是因为转子材质的不均匀、冷却系统故障等因素引起的；而发电机转子热弯曲故障却多是由转轴内应力过大、各零件间连接的不均匀等引起。 1.3摩擦振动 在长时间运行状态下，汽轮机转动部分如叶栅、叶轮主轴等会在外力和高温条件等作用下产生一定的热弯曲故障，进而对转动部分原来的稳定状态造成一定的破坏，最终产生摩擦振动故障。在这种情况下，汽轮机振动信号仍保持在工频状态，但是在转子以及其他因素的作用下会经常发生分频、倍频以及高频分量的现象，甚至有时还会有波形削顶这一异常现象的发生。另外，汽轮机转子产生摩擦振动故障情况下，其振动频率和幅值存在波动的基本特征，一旦这种故障存在时间过长，那么将会导致涡动现象的发生。 1.4油膜震荡 油膜震荡是汽轮机转子在高速旋转条件下产生的故障问题，也会影响转子的稳定性。转轴在旋转时是围绕轴线进行的，当转子出现失稳现象后，轴线会围绕平衡点进行涡动，涡动的频率一般为转子转速的1/2。如果涡动的速度达到临界转速时，共振会增大，严重时还会出现比较激烈的振动。油膜震荡还会引起机组振动，当振动的转速增加后，振幅也会大大增强。 1.5气流激振 火力发电厂中的大型汽轮机如果在长时间的超负荷运行之下，将会在短时间内迅速增加轴振动，如果其降负荷低于负荷点，则振动将会在短时间内快速下降。在不平衡的气流冲击影响之下，汽轮机组叶片将会出现气流激振的情况，而如果汽轮机组本身比较大且末级相对比较长，则气体在叶片的膨胀末端极有可能会出现流道混乱的情况，同样会使得汽轮机组产生振动异常的现象。 2、汽轮机振动故障的处理措施 2.1针对转子质量不平衡问题的解决措施 根据对转子质量不平衡的原因分析提出以下解决措施：首先，转子材料选择上应该选择符合相关标准和要求的材料，避免偷工减料等；其次，在转子的设计、制造和安装环节需要请专业的的人员和团队来进行，本单位执行人员必须具有该方面的专业素养；然后是在使用过程中要严格按照相关的操作流程、操作标准和操作要求来进行，并定期进行设备的养护，防止人为原因对设备质量平衡造成不良影响。通过全方位的努力来减少质量不平衡因素对汽轮机振动故障的影响。 2.2针对转子热变形的解决措施 转子热变形引起的振动与汽轮机振幅的增加有关，而引发转子热变形的主要原因是转子温度和蒸汽参数的变化。机组在冷态带负荷阶段，转子的温度升高，释放的材质内应力会引发转子热变形，倍频振动增大，相位也产生相应的变化。当转子接地的问题在火电厂中出现时，我们能够发现显著变形的情况发生在转子端部的线圈上，汽端的端部线圈的变形也较为严重，影响了汽轮机的正常工作。因而需要将护环下绝缘中的滑移层工艺加强，通常是将一层聚四氯乙烯的滑移材料覆盖在转子的表面，以便尽可能的将自由伸缩的阻力在线匝热膨胀的情况下减少。存在于护环下的工艺推拨角度也应当减少，所选择的线匝铜线必须有一定的银含量，其目的是为了将绕组线匝导线中的抗蠕变性能和屈服强度提高。在负荷的升降和机组的调峰工作中速度控制非常重要，不能太快。 2.3针对气流激振的解决措施 气流激振是在发电机运行过程中随时可能产生的现象，汽轮机组受其影响产生振动，要减少气流激振对汽轮机振动的影响，运行人员需要对发电机组的运行负荷情况进行充分了解，通过对高压调速气门的调整来消除气流激振的现象，从而防止汽轮机的异常振动，维持汽轮机的长时间稳定运行，最终提高发电机的工作效率。 2.4摩擦振动故障排查措施 摩擦振动的振动信号会因为转子热运动而产生新的平衡力，但却依然维持了工频为主频的振动信号频率，限制了倍频、高频和分频的产生，并伴随着严重的“削顶”现象，自然会严重的损害汽轮机机体；同时波动持续的时间会因为受到摩擦的影响而被延长，急剧的增大了相应的振幅，使得汽轮机受到了严重的损害；此外，振动摩擦会提升相应的临界速度，也会损害汽轮机机体。当产生严重摩擦的时候，振