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聯(lián)軸器裂紋振動(dòng)故障案例分析

時(shí)間:2025/4/28閱讀:80
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燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)軸器裂紋振動(dòng)故障案例分析

1、燃?xì)廨啓C(jī)軸系和測(cè)點(diǎn)情況

某電廠PG9171E燃機(jī),GE公司生產(chǎn),日開(kāi)夜停調(diào)峰機(jī)組,右側(cè)排氣,機(jī)組停機(jī)熄火轉(zhuǎn)速為25%,投產(chǎn)至故障發(fā)生時(shí)已運(yùn)行15年。機(jī)組順氣流方向依次壓氣機(jī)、透平、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)排列,共5個(gè)軸承,軸系總長(zhǎng),其中1#、2#軸為橢圓瓦,3#、4#、5#軸為可傾瓦結(jié)構(gòu),機(jī)組各軸瓦測(cè)點(diǎn)送MAKVIE作為機(jī)組主保護(hù),12.7mm/s報(bào)警,高高報(bào)警值為25.4mm/s,其中,1#軸瓦振在輪控盤上測(cè)點(diǎn)為BB1和BB2,2#瓦為BB3,3#瓦為BB4和BB5,發(fā)電機(jī)為4#瓦BB10和BB11,5#瓦為BB12。軸振測(cè)點(diǎn)8個(gè)送本特利3500作為就地燃機(jī)的輔助監(jiān)視用,不參與任何主保護(hù),1#瓦、3#、#4瓦、5#瓦各安裝2個(gè)測(cè)點(diǎn)。軸系和測(cè)點(diǎn)布置如圖所示。聯(lián)軸器為5#燃機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的連軸器,總長(zhǎng)度3.6米,重量2.6噸,中空結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)側(cè)靠背輪14個(gè)螺栓,燃機(jī)側(cè)16個(gè)螺栓,采用液壓拉伸緊固。

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2、振動(dòng)現(xiàn)象

在發(fā)生振動(dòng)故障前,機(jī)組啟動(dòng)和并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中各軸瓦振動(dòng)良好(見(jiàn)下圖)。    

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12月23日晚上,機(jī)組停機(jī)解列后轉(zhuǎn)速下降至2600r/min左右時(shí),3#瓦振逐步變大(見(jiàn)表1),其他軸承瓦振未見(jiàn)增大趨勢(shì)。隨著機(jī)組繼續(xù)日開(kāi)夜停運(yùn)行,3#軸瓦在停機(jī)2600轉(zhuǎn)速左右時(shí)瓦振增大明顯,1月4日晚解列后,3#瓦振瞬間高達(dá)26mm/s引起機(jī)組直接跳機(jī),1月5日停機(jī)時(shí)到23mm/s,之后機(jī)組3#瓦振基本維持在23mm/s左右,臨近機(jī)組保護(hù)值,其他軸瓦振動(dòng)依然不變。根據(jù)振動(dòng)頻譜分析,3#軸瓦振最大時(shí),瓦振以二倍頻振動(dòng)為主,二倍頻振動(dòng)值是一倍頻的3倍。3#軸瓦振最大26mm/時(shí),3#軸軸振很小只有30μm,相連4#軸軸振最大154μm,4#軸瓦振很小只有3mm/s,各軸軸振值(見(jiàn)表2)。

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機(jī)組在停機(jī)2600轉(zhuǎn)速時(shí),3#軸瓦振(見(jiàn)下圖)最大時(shí),瓦振以二倍頻為主,但此時(shí)3#軸軸

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振并不是停機(jī)過(guò)程中最大振動(dòng)值,僅有一個(gè)小跳變(見(jiàn)圖4),頻譜分析振動(dòng)值增量也以二倍頻分量為主。3#軸軸振最大時(shí),如下圖所示,2100轉(zhuǎn)速時(shí)軸振最大時(shí),3#瓦振值并沒(méi)有明顯變化,瓦振并不高,二倍頻也未出現(xiàn)階躍跳變。               

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3、振動(dòng)分析

振動(dòng)高值出現(xiàn)在機(jī)組解列停機(jī)后,在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),各軸承振動(dòng)良好,振動(dòng)出現(xiàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速并非機(jī)組正常臨界轉(zhuǎn)速,首先,對(duì)振動(dòng)真實(shí)性進(jìn)行排查,通過(guò)就地實(shí)測(cè)與遠(yuǎn)傳信號(hào)比對(duì),排除了測(cè)量系統(tǒng)故障;核對(duì)停機(jī)后機(jī)組參數(shù)變化趨勢(shì),3#軸承腔室溫度、天然氣燃料控制參數(shù)、進(jìn)氣濾網(wǎng)差壓、壓氣機(jī)進(jìn)氣角度、潤(rùn)滑油油溫、潤(rùn)滑油油壓、軸承軸瓦金屬溫度、軸承出油溫度等參數(shù),同時(shí),比對(duì)機(jī)組在非正常停機(jī),即100%轉(zhuǎn)速下直接熄火停機(jī),與機(jī)組正常停機(jī)轉(zhuǎn)速下降至25%才熄火停機(jī)時(shí)各振動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)各軸承的瓦振、軸振在兩種停機(jī)方式下重合,機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到2600轉(zhuǎn)左右時(shí)同樣出現(xiàn)峰值,不存在因運(yùn)行控制參數(shù)異常造成機(jī)組振動(dòng),機(jī)組是否在燃燒與振動(dòng)產(chǎn)生無(wú)任何關(guān)系。通過(guò)幾次開(kāi)停機(jī)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)振動(dòng)均在2600左右出現(xiàn)振動(dòng),幾次振動(dòng)頻譜數(shù)據(jù)采集振動(dòng)重復(fù)性很好,所以排除了動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)原因。

3#軸軸振與瓦振從哪里來(lái)?他們之間的關(guān)系是什么?誰(shuí)是首出,主因在哪兒?由于在瓦振最大時(shí),軸振有小跳變,而軸振最大時(shí),瓦振并沒(méi)有產(chǎn)生明顯振動(dòng),存在矛盾情況,所以需要逐一排查振動(dòng)因素。瓦振作為機(jī)組的主保護(hù)測(cè)點(diǎn),其原因相對(duì)容易排查,所以排查中先假設(shè)了瓦振引起了相連軸振,經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析,瓦振可能產(chǎn)生因素,如若軸瓦油膜震蕩、磨瓦、質(zhì)量不平衡等因素,均是產(chǎn)生半倍頻或一倍頻振動(dòng),而本次振動(dòng)頻率為二倍頻,且在運(yùn)行中各潤(rùn)滑油溫和軸承金屬溫度均正常,所以首先排除了油膜失穩(wěn)、軸瓦磨損、質(zhì)量不平衡等幾種因素;3#軸瓦為固定式一體式可傾瓦,機(jī)組在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)振動(dòng)良好,對(duì)3#軸承座進(jìn)行全面機(jī)務(wù)檢查和增加額外測(cè)點(diǎn)檢查,檢查結(jié)果也未發(fā)現(xiàn)任何異常,軸承座各安裝螺栓緊固完好和底座支撐良好,轉(zhuǎn)子中心運(yùn)行軌跡與同類型機(jī)組比較后,也未見(jiàn)異常,也排除了3#軸承座支撐剛度減弱引起共振或轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器不對(duì)中引起的振動(dòng)原因。根據(jù)上述推斷,基本判斷3#軸瓦振不是瓦或軸承座本身異常所致,只能從外部傳遞過(guò)來(lái),由于3#瓦鏈接著燃機(jī)與發(fā)電機(jī),根據(jù)燃機(jī)側(cè)1#軸、2#軸瓦振和1#軸軸振良好,基本排除燃機(jī)側(cè)振動(dòng)導(dǎo)入可能,所以只能推斷出3#軸瓦振動(dòng)不是由本身或燃機(jī)側(cè)傳入,是由發(fā)電機(jī)側(cè)傳入。    

根據(jù)上述分析,3#瓦振大由發(fā)電機(jī)側(cè)導(dǎo)入,因4#軸瓦振值非常小,不足以引起軸系振動(dòng),發(fā)電機(jī)軸承支撐又直接坐落于發(fā)電機(jī)外殼端蓋,瓦背緊力為過(guò)盈5絲安裝,在確認(rèn)發(fā)電機(jī)底腳、4#軸承中分面及端蓋各固定螺栓后,基本排除了因發(fā)電機(jī)底腳或外殼端蓋失穩(wěn)引起的軸振原因,軸瓦無(wú)異常,只能是4#軸異常產(chǎn)生振動(dòng),所以最后把振動(dòng)發(fā)生源基本鎖定在4#軸發(fā)生軸振的因素。軸振的分析主要依據(jù)軸振動(dòng)頻譜數(shù)據(jù)(見(jiàn)下圖),振動(dòng)主要是一倍頻和二倍頻疊加為主,一倍頻140μm,二倍頻70μm。分析轉(zhuǎn)子的一倍頻一般由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、聯(lián)軸器不對(duì)中、轉(zhuǎn)子共振等振動(dòng)因素產(chǎn)生,二倍頻一般由發(fā)電機(jī)電磁振蕩、發(fā)電機(jī)裂紋轉(zhuǎn)子剛性不對(duì)稱、聯(lián)軸器裂紋剛性不對(duì)稱、聯(lián)軸器不對(duì)中等振動(dòng)因素產(chǎn)生。

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振動(dòng)出現(xiàn)在機(jī)組解列停機(jī)過(guò)程中,發(fā)電機(jī)無(wú)勵(lì)磁電流電壓,可排除發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)導(dǎo)致振動(dòng);另轉(zhuǎn)子共振一般是由外部傳入為主,比如發(fā)電機(jī)底腳失穩(wěn)或發(fā)電機(jī)殼體振動(dòng)嚴(yán)重,基于以上異常均不存在,所以本案例首先排除外部原因引起轉(zhuǎn)子共振。為檢查轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起一倍頻振動(dòng),特別該機(jī)組在軸振出現(xiàn)前剛進(jìn)行的勵(lì)磁機(jī)檢修,所以在聯(lián)軸器靠背輪、發(fā)電機(jī)機(jī)端、發(fā)電機(jī)磁端分別進(jìn)行多次增加配重塊動(dòng)平衡試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)下表)是一倍頻雖稍有下降,從原來(lái)140μm降低到110μm,但二倍頻增量不變,基本排除了動(dòng)平衡這一振動(dòng)因素。隨后,又對(duì)聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行對(duì)中檢查并開(kāi)機(jī)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)對(duì)中后試運(yùn)行4#、3#軸振動(dòng)并無(wú)改善,瓦振和軸振的一倍頻、二倍頻振動(dòng)值依舊,反而增大了其他軸的各振動(dòng)值。所以最后把振動(dòng)原因鎖定在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或聯(lián)軸器裂紋造成剛性不對(duì)稱。 

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4、檢查與處理

在對(duì)發(fā)電機(jī)、聯(lián)軸器解體金屬探傷檢查中,發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的發(fā)電機(jī)端靠背輪內(nèi)側(cè)裂紋多(見(jiàn)下圖),1#~3#螺栓之間共有3道裂紋,分別長(zhǎng)30mm、80mm、120mm,3#~9#螺栓之間一道裂紋,長(zhǎng)610mm,9#~10#之間一道裂紋,長(zhǎng)50mm,蘭裂紋深度進(jìn)行超聲波定位,檢測(cè)數(shù)據(jù):1#~2#螺栓之間缺陷深度為24~30mm;2#~3#螺栓之間缺陷深度為26~28mm;3#~8#螺栓之間缺陷深度為16~20mm;8#~9#螺栓之間缺陷深度為28;9#~10#螺栓之間缺陷深度為18mm。聯(lián)軸器裂紋嚴(yán)重?zé)o法修復(fù),在未移動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和殼體基礎(chǔ)的前提下,拆除負(fù)荷間頂?shù)跞肼?lián)軸器,更換了新聯(lián)軸器。更換結(jié)束后,燃機(jī)運(yùn)行開(kāi)機(jī),各軸承的軸振和瓦振數(shù)據(jù)正常,瓦振小于6mm/s,軸振小于50μm。舊聯(lián)軸器裂紋產(chǎn)生原因需待進(jìn)一步金屬分析。    

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5、結(jié)語(yǔ)

燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的振動(dòng)原因很多,案例也很多,機(jī)組單一軸承振動(dòng)或單一振動(dòng)倍頻故障,由于鎖定了主要問(wèn)題,故障比較容易判斷;當(dāng)多個(gè)軸承或多個(gè)倍頻同時(shí)出現(xiàn)時(shí),振動(dòng)的主次、首出比較難確定,原因分析較復(fù)雜,需要系統(tǒng)性的通過(guò)原因分析、排查、假定、判斷,逐步診斷出振動(dòng)原因。在處理過(guò)程中,特別需要重視缺陷排查的方式方法,避免有遺漏項(xiàng)或排查結(jié)果欠準(zhǔn)確性而重復(fù)排查,有時(shí)候最不可能的原因,往往又是故障真正的原因,有時(shí)候最小的異常,往往也是事件的最初起因。本案例處理過(guò)程中在聯(lián)軸器靠背輪對(duì)中檢查時(shí),采用傳統(tǒng)百分表讀取靠背輪端面數(shù)據(jù)時(shí),曾發(fā)現(xiàn)端面瓢偏比較大,反饋給機(jī)組制造廠,但大家都沒(méi)有這方面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),所以并沒(méi)有深入推斷,事后才分析出由于裂紋就在靠背輪端面內(nèi)側(cè),在靠背輪連接螺栓拉伸力作用下,引起斷面的瓢偏。案例中,當(dāng)轉(zhuǎn)子或聯(lián)軸器有裂紋產(chǎn)生的二倍頻,無(wú)法通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)或?qū)χ姓{(diào)整進(jìn)行消除,即使采取措施降低了振動(dòng)一倍頻分量,二倍頻振動(dòng)值依然無(wú)明顯變化,甚至不可能降低,查找產(chǎn)生二倍頻的振動(dòng)因素是本案例故障分析的關(guān)鍵。

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