CN109612722A - 一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，它是根据机组检修记录，确定每个滑动轴承的顶隙。利用机组每个轴承上安装的X、Y向电涡流传感器，记录机组完全静止和稳态运行时传感器的间隙电压。根据几何关系，计算转子抬起高度、偏移大小和顶隙率。根据机组振动、轴瓦温度和顶隙率的大小，确定在两种情况下轴承对中存在异常，并给出轴承标高的调整量。该方法能够动态监测轴承的对中情况，准确诊断轴承不对中故障，并给出定量解决方案，可以减少轴承不对中故障处理所需要的时间，提高机组运行的安全性和经济效益。

Description

一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法

技术领域

本发明涉及汽轮发电机组振动故障诊断领域，具体涉及一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法。

背景技术

轴承不对中是汽轮发电机组常见的振动故障，表现为转子中心线不在一条连续光滑均匀的曲线上。汽轮发电机组通常由高压转子、低压转子和发电机转子等多个转子组成，每个转子两端为滑动轴承支撑，轴承不对中体现为轴承标高和左右位置不符合要求，使轴系中心线不光滑，高速旋转时，转子受到强迫力的作用。不对中使轴承载荷发生变化，轻载转子振动增大，容易失稳，重载转子瓦温较高。不对中还使动静间隙发生变化，容易引起动静碰摩和轴系失稳等故障。

虽然机组在设计和冷态安装时考虑了热态下轴承座膨胀的影响，预留了补偿值，但由于设计值可能与机组实际情况存在差别，以及机组膨胀不均匀、油膜厚度变化、轴承动静间隙改变、真空度变化和基础不均匀下沉等，在机组稳态运行时，仍然可能存在较大的轴承不对中现象。

由于汽轮发电机组占用的空间大，滑动轴承数量多，实际监测所有轴承在热态下的轴承标高和左右位置的绝对变化比较困难。

目前，汽轮发电机组普遍安装了在线振动监测故障诊断系统，诊断轴承不对中故障主要依据是振动频谱中二倍频成分的大小，或者轴心轨迹的形状，如8字形或香蕉形。这对小型转动机械基本上是正确的，对汽轮发电机组来说是不可靠的，因为轴承不对中主要产生的是一倍频振动，二倍频振动大多数是由于转子刚度不对称、轴承座刚度不对称、轴裂纹和电磁激振等引起的。

由于对机组运行中轴承的动态对中情况不了解，由此产生的瓦温异常、轴系失稳和动静碰摩等故障的处理，经常要反复尝试进行，有的机组处理此类问题起停机数十次，耗时数月，造成重大经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，以便实时掌握轴承的动态对中情况，对机组异常振动和瓦温进行科学分析，采取合适的调整措施。

为实现上述目的，本发明一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据机组检修记录，确定每个滑动轴承的顶隙；

步骤S2，利用机组每个轴承上安装的X、Y向电涡流传感器，记录机组完全静止时传感器的间隙电压，并记录机组稳态运行时传感器的间隙电压；

步骤S3，计算转子抬起高度，偏移大小和顶隙率；

步骤S4，根据振动、瓦温和顶隙率，确定机组轴承对中是否存在异常；如果存在异常，确定轴系调整方案。

在所述步骤S1中，根据查询机组的检修记录，了解每个滑动轴承安装时的顶部间隙，记为TC_i，单位mm，i＝1..n，n为滑动轴承数目；如果没有检修记录，可取轴颈的1/1000～1.5/1000。

在所述步骤S2中，汽轮发电机组每个轴承通常安装两个电涡流传感器测量转轴相对振动，分别为X向和Y向电涡流传感器，安装方向与轴承中心线垂直；在所有电涡流传感器安装完成，机组完全静止，没有启动顶轴油压的情况下，记录每个电涡流传感器的间隙电压，X向和Y向电涡流传感器间隙电压分别记为^X0_i和Y0_i，单位V，机组稳态运行时动态间隙电压分别记为X1_i和Y1_i，i＝1..n，n为滑动轴承数目；由于机组在冷态和热态时轴承对中差别较大，在启机和停机过程中，不可避免地经历轴承对中不合理的阶段，可以不考虑。一般要求机组带负荷运行3天以上，机组膨胀稳定后测量动态间隙电压；

在所述步骤S3中，根据几何关系，计算转子抬起高度和偏移大小：

RX_i＝(X1_i-X0_i)/SX_i；

RY_i＝(Y1_i-Y0_i)/SY_i；

BX_i＝RX_i×cos(π×α/180)+RY_i×cos(π×β/180) 式(1)

BY_i＝RX_i×sin(π×α/180)+RY_i×sin(π×β/180) 式(2)

其中，RX_i，RY_i分别是转子在电涡流传感器安装方向X向和Y向的位移，单位mm，SX_i，SY_i分别是X向和Y向电涡流传感器的灵敏度，单位V/mm，α，β分别是X向和Y向电涡流传感器的安装角度，BX_i，BY_i分别是转子在x水平方向与y垂直方向的偏移量，单位mm，BY_i也就是转子在轴瓦中的抬起高度；

由于每个转子的结构和工作参数不同，轴承顶隙存在较大差别，例如，高压转子轴承顶隙较小，低压转子轴承顶隙较大；这样，不同转子的绝对抬起高度存在一定差别是正常的；为了描述转子的相对抬起高度，引入顶隙率概念。顶隙率定义为转子的抬起高度BY_i与轴承的顶部间隙TC_i的比值，记为TY_i

TY_i＝BY_i/TC_i×100％ 式(3)

顶隙率越大，表明转子相对抬得越高。

在所述步骤S4，根据振动、瓦温和顶隙率，确定机组轴承对中是否存在异常。如果存在异常，确定轴系调整方案；

在下列两种情况下，可以认为轴承对中存在异常，机组运行中可以通过调整润滑油温度、流量及真空度等参数加以控制，条件成熟时，可以对轴系对中进行调整：

⑴顶隙率较大的转子振动较大，但瓦温基本正常；

⑵顶隙率较小的转子瓦温较高，但振动基本正常。

轴承标高的调整量ΔC_i可以按照下式计算：

ΔC_i＝(TY_i-TY_j)/100×TC_i 式(4)

其中，i，j是相邻轴承编号，当ΔC_i＞0时，表示轴承需要抬起的高度，当ΔC_i＜0时，表示轴承需要下降的高度。轴承对中调整后，由于油膜刚度非线性，转子的抬起高度变化量并不等于轴承抬起或下降的高度，一般不到一半；

受机组结构限制，一般情况下，轴承的左右位置不需要调整，除非有明显跑偏现象。调整时，需要综合考虑轴瓦类型、转子在水平方向位移的大小和方向以及转子旋转方向等；

在下列两种情况下，可以认为轴承对中正常，不需要对轴系对中进行调整，振动或瓦温异常有其它原因，需要采取适当的措施，如增加润滑油流量和进行转子动平衡等：

⑴顶隙率较大的转子瓦温较高；

⑵顶隙率较小的转子振动较大。

本发明效果：本发明提供的汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，是利用机组安装的电涡流传感器输出的间隙电压，实时计算转子的动态抬起高度，结合轴承顶隙计算顶隙率，成为判断轴承是否对中的主要依据。与根据振动频率诊断不对中故障相比，具有直观形象和准确率高的特点。本发明给出了轴承对中异常的两种情况及轴承标高的调整量，为轴承不对中故障的快速诊断和处理提供了重要保证，可以节约轴承不对中故障处理的时间和人力物力，减少振动故障发生的可能性，优化机组的运行。

附图说明

图1为本发明一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法的流程图。

图2为本发明一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法的各参数关系的示意图。

图3为本发明实施例中机组轴系结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某330MW汽轮发电机组为例，该机组由高中压转子31、低压转子32和发电机转子33组成，共6个轴承(1#～6#)支撑，旋转方向(从汽轮机向发电机方向看)为逆时针，每个轴承安装了X向和Y向电涡流传感器，安装角度分别是45°和135°，电涡流传感器灵敏度均为7.8V/mm,传感器安装示意图如图2所示，其中O_b，O_r分别是轴承座和转子的中心，轴系结构示意图如图3所示，安装了振动监测故障诊断系统。有关检修、测量和计算数据如表1所示。

表1

1#轴承

2#轴承

3#轴承

4#轴承

5#轴承

6#轴承

X/Y

X/Y

X/Y

X/Y

X/Y

X/Y

顶隙TC,mm

0.61

0.66

0.95

0.98

1.03

1.15

静止电压,V

-9.54/-8.64

-10.22/-9.73

-9.69/-9.96

-8.86/-9.68

-9.62/-9.56

-9.57/-9.97

动态电压,V

-7.96/-7.83

-7.57/-7.35

-7.26/-7.32

-6.19/-7.58

-6.83/-7.54

-6.31/-7.35

RX/RY,mm

0.203/0.104

0.340/0.305

0.312/0.338

0.342/0.269

0.358/0.259

0.418/0.336

BX/BY,mm

0.070/0.217

0.025/0.456

-0.018/0.460

0.052/0.432

0.070/0.436

0.058/0.533

顶隙率TY,％

35.6

69.1

48.4

44.1

42.3

46.3

振动,μm

43/49

109/88

36/63

56/49

75/56

70/44

其中，轴承顶隙根据检修记录获得，取平均值。机组静止时，电涡流传感器间隙电压通过振动监测故障诊断系统自动获得。传感器动态间隙电压和机组振动(峰峰值)取机组带满负荷时的数据。

由于2#轴承振动较大，顶隙率较大，并且各瓦温度基本正常，满足轴承存在对中异常的第一种情况，可以在机组停机检修时，调整2#或3#轴承的标高。由式(4)可得，对于2#轴承，调整量：

ΔC₂＝(TY₂-TY₃)/100×TC₂＝(69.1-48.4)/100×0.66＝0.137

即2#轴承抬高约0.137mm。

同样，如果是调整3#轴承，则ΔC₃＝-0.197，即3#轴承约下降0.197mm。

实际上，检修时2#轴承抬高0.15mm后，2#轴承振动明显下降。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，根据机组检修记录，确定每个滑动轴承的顶隙；

步骤S2，利用机组每个轴承上安装的X、Y向电涡流传感器，记录机组完全静止时传感器的间隙电压，并记录机组稳态运行时传感器的间隙电压；

步骤S3，计算转子抬起高度，偏移大小和顶隙率；

步骤S4，根据振动、瓦温和顶隙率，确定机组轴承对中是否存在异常；如果存在异常，确定轴系调整方案。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据查询机组的检修记录，了解每个滑动轴承安装时的顶部间隙，记为TC_i，单位mm，i＝1..n，n为滑动轴承数目；如果没有检修记录，可取轴颈的1/1000～1.5/1000。

3.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，其特征在于，在所述步骤S2中，汽轮发电机组每个轴承通常安装两个电涡流传感器测量转轴相对振动，分别为X向和Y向电涡流传感器，安装方向与轴承中心线垂直；在所有电涡流传感器安装完成，机组完全静止，没有启动顶轴油压的情况下，记录每个电涡流传感器的间隙电压，X向和Y向电涡流传感器间隙电压分别记为X0_i和Y0_i，单位V，机组稳态运行时动态间隙电压分别记为X1_i和Y1_i，i＝1..n，n为滑动轴承数目；由于机组在冷态和热态时轴承对中差别较大，在启机和停机过程中，不可避免地经历轴承对中不合理的阶段，可以不考虑；一般要求机组带负荷运行3天以上，机组膨胀稳定后测量动态间隙电压。

4.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据几何关系，计算转子抬起高度和偏移大小：

RX_i＝(X1_i-X0_i)/SX_i；

RY_i＝(Y1_i-Y0_i)/SY_i；

BX_i＝RX_i×cos(π×α/180)+RY_i×cos(π×β/180) 式(1)

BY_i＝RX_i×sin(π×α/180)+RY_i×sin(π×β/180) 式(2)

其中，RX_i，RY_i分别是转子在电涡流传感器安装方向X向和Y向的位移，单位mm，SX_i，SY_i分别是X向和Y向电涡流传感器的灵敏度，单位V/mm，α，β分别是X向和Y向电涡流传感器的安装角度，BX_i，BY_i分别是转子在x水平方向与y垂直方向的偏移量，单位mm，BY_i也就是转子在轴瓦中的抬起高度；

由于每个转子的结构和工作参数不同，轴承顶隙存在较大差别，例如，高压转子轴承顶隙较小，低压转子轴承顶隙较大；这样，不同转子的绝对抬起高度存在一定差别是正常的；为了描述转子的相对抬起高度，引入顶隙率概念；顶隙率定义为转子的抬起高度BY_i与轴承的顶部间隙TC_i的比值，记为TY_i

TY_i＝BY_i/TC_i×100％ 式(3)

顶隙率越大，表明转子相对抬得越高。

5.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承不对中故障的诊断和调整方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据振动、瓦温和顶隙率，确定机组轴承对中是否存在异常；如果存在异常，确定轴系调整方案；

在下列两种情况下，可以认为轴承对中存在异常，机组运行中可以通过调整润滑油温度、流量及真空度等参数加以控制，条件成熟时，可以对轴系对中进行调整：

⑴顶隙率较大的转子振动较大，但瓦温基本正常；

⑵顶隙率较小的转子瓦温较高，但振动基本正常；

轴承标高的调整量ΔC_i可以按照下式计算：

ΔC_i＝(TY_i-TY_j)/100×TC_i 式(4)

其中，i，j是相邻轴承编号，当ΔC_i＞0时，表示轴承需要抬起的高度，当ΔC_i＜0时，表示轴承需要下降的高度。轴承对中调整后，由于油膜刚度非线性，转子的抬起高度变化量并不等于轴承抬起或下降的高度，一般不到一半；

受机组结构限制，一般情况下，轴承的左右位置不需要调整，除非有明显跑偏现象。调整时，需要综合考虑轴瓦类型、转子在水平方向位移的大小和方向以及转子旋转方向等；

在下列两种情况下，可以认为轴承对中正常，不需要对轴系对中进行调整，振动或瓦温异常有其它原因，需要采取适当的措施，如增加润滑油流量和进行转子动平衡等：

⑴顶隙率较大的转子瓦温较高；

⑵顶隙率较小的转子振动较大。