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一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法

阅读：37发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于设备检测技术领域，具体涉及一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，包括四个步骤，步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析；步骤2，对汽轮发电机组轴系进行受力分析；步骤3，画出轴系弯曲应变示意图；步骤4，引入胡克定律进行振动分析；对于振动幅值周期性波动的振动问题，工程实际遇到的情况相对较少，目前有资料记载的汽轮发电机组周期性波动振动有拍振、磨擦振动。但若汽轮发电机组周期性振动规律及特点不完全与磨擦振动或拍振相吻合时，使用该诊断方法将胡克定律应用到振动分析中，可准确定位缺陷原因，解决工程实际问题。，下面是一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，包括四个步骤，步骤1:，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析；步骤2:，对汽轮发电机组轴系进行受力分析；步骤3，画出轴系弯曲应变示意图；步骤4，引入胡克定律进行振动分析；
其特征在于：所述步骤1包括进回油温度方面分析振动原因，临界转速方面分析振动原因，空载定速后振动变化方面分析振动原因，轴振与瓦振变化方面分析振动原因。
2.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，进回油温度方面分析振动原因；
分析运行时各瓦的进回油温度可知，8瓦运行时的进、回油温度的温差进行分析，8瓦的进、回油温差只有2.5℃，而1-7瓦的进、回油温差在6-8℃，8瓦的进回油温差明显偏低，由此推断8瓦的负荷应该偏低；从瓦温方面比较，虽然8瓦瓦温为91.4℃在该机组各瓦中是最高的，但与该核电站1-3号机组8瓦，98-100℃相比，4号机组的8瓦温度要低，因此从瓦温的运行参数上进行横向分析，可以推断4号机组汽轮发电机组8瓦负荷较设计载荷要低。
3.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，临界转速方面分析振动原因；
停机过临界时8瓦处轴振未出现共振，在临界转速处轴振未出现共振峰这一现象很不正常，并且用接入的专用振动监测软件对振动进行分析，发现过临界时8瓦处振动相位角也未出现突变，因此可以确定停机降速过临界时8瓦处轴振确实未出现共振；
由此推断8瓦处机组临界转速发生的漂移，汽轮机发电机组轴系的临界转速，即固有频率，与转子的材料、质量、转子长度有关，同时也受支撑系统的刚度影响，支撑条件变化时轴系的固有频率也将发生变化，支撑刚度降低，轴系的固有频率下降；
在降速至744RPM时出现了一个共振峰，由此推断8瓦处的支撑刚度在降低，运行中的汽轮发电机组支撑系统材料未发生改变，支撑刚度的降低唯一可能是油膜等效刚度发生了改变，油膜等效刚度降低导至8瓦处轴系的临界转速发生了漂移，因此当汽轮发电机组降速至设计临界转速985RPM时未出现共振。
4.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，空载定速后振动变化方面分析振动原因；
汽轮发电机组达到额定转速的空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，从29um最终上升到
70um，详细分析空载定速后轴振变化，可作出8瓦的油膜刚度在定速后在减小；
分析过程如下：
根据强迫振动理论，激振力与支撑系统动刚度是影响旋转机械强迫振动的两大因素，强迫振动的振幅A可以表示用式(5)表式：
A＝α×F/Kd (5)
(5)式中α为系数，F为激振力，Kd为动刚度，由该式分析，振动的幅值与激振力成正比，与设备支撑系统的动刚度成反比，因此降低激振力或提高动刚度均可以降低振动幅值。若定速后8瓦振动升高，则可能是F在变大或动刚度Kd在减小。
若是不平衡产生的激振力，根据牛顿第二定律则有F＝Mω2r，若是不平衡产生的激振力则在达到额定转速后激振力就不会再增加，因此达到额定转速后，振幅就不会增加了；
8瓦处的振动幅值定速时只有29um，说明轴系的动平衡非常好；
空载时发电机的励磁电流为零，排除了热矢量形成的额外激振力的可能，因此8瓦处轴振的升高只有一种可能，即动刚度Kd在减小，在汽轮机支撑系统不变的情况下，只能是油膜刚度在减小，结合停机过临界未出现共振峰，可以确定在机组定速后8瓦的油膜刚度在减小。
5.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，轴振与瓦振变化方面分析振动原因；
空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，但在8瓦轴振上升的过程中，8瓦处的瓦振保持不变，由此推断在机组空转时8瓦的偏心距在变小，结合8瓦油膜等效刚度变小及8瓦进、回油温差异常，可以判定汽轮机定速后8瓦的负荷在逐渐变小，轴颈向轴瓦瓦心发了移动，因此轴振升高，而瓦振保持不变；
根据汽轮机组振动幅值与轴承载荷及油膜刚度之间的关系，汽轮发电机组振动的幅值与轴承所受载荷及油膜等效刚度有关,而油膜等效刚度的变化又会引起轴颈与轴瓦之间的摩擦。根据转子动力学及润滑理论,对振幅与轴承载荷及油膜等效刚度之间的关系进行了分析,有如下结论，轴承载荷增加,油膜厚度变薄，油膜等效刚度增大,轴颈与轴瓦之间摩擦程度增加,振动幅值减小；反之轴承载荷小、油膜厚度变厚、油膜等效刚度变小、振动幅值增加；
最终可以确定该汽轮机该汽轮发电机组8瓦负荷比设计载荷偏小。
6.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤2，对汽轮发电机组轴系进行受力分析；
F7为7瓦的载荷，F8为8瓦的载荷，G4为发电机转子重量，设7瓦与8瓦间距为L，发电机靠背轮与7瓦间距离为L1,则在静止状态，必然有下式(1)、(2)成立；
F7+F8＝G4 (1)
F7＝F8＝1/2·G4 (2)
由上文分析可知，汽轮发电机组定速后8瓦载荷在逐渐变小，即F8在变小，此时LP2转子与发电机转子间将会形成内应力，以发电机转子为研究对象，则LP2转子通过联轴器向发电机转子施加了一个向下的f1应力，以LP2转子为研究对象则发电机转子给LP2转子施加了一个向上的应力f2，f1与f2是一对作用力与反作用力，即f1＝f2，以发电机为研究对象，则有下式(3)、(4)成立；
F7+F8＝G4+f1(3)
8瓦运行负荷变小时，发电机转子与LP2转子间确实会有内应力产生，而8瓦负荷变小主要原因是8瓦轴颈扬度偏小太多导致，而8瓦的扬度由轴系的基准扬度6瓦的轴颈扬度所决定，由此可见汽轮发电机组的基准扬度偏差可造成机组运行后轴系间产生内应力。
7.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤3，画出轴系弯曲应变示意图；
因6瓦基准扬度偏差，机组运行后LP2转子在内应力f2作用下，将会以7瓦为支点向上发生弯曲应变，轴系产生向上的微小弯曲变形，轴系的外弯侧材料原子承受拉压应力，内弯侧材料原子间承受压应力，导致基准扬度曲线偏离设计值较多，轴系不再是一根连续平滑的曲线。
8.如权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，其特征在于：所述步骤4，引入胡克定律进行振动分析；
设应变量为ε，轴系的弹性模量为E，弯曲应力为σ，则根据胡克定律则有式(5)成立。
σ＝Eε (5)
在弹性限度内，轴系可看作是一个弹性振子，当f2保持不变的情况下，LP2转子的应变ε始终保持稳定，弯曲应力σ也保持稳定，此时整个轴系不会发生波动振动。当外界条件发生变化后，容易造成8瓦负荷F8发生改变，由(4)式可知，当F8增大时，内应力f1将变小，弹性振子的平衡状态会被打破，轴系将向应变量的反方向进行回弹，产生维绕新平衡位置的上下波动振动。根据式(5)弹性振子的应力与应变关系式可以很容易解释该厂4号汽轮发电机组的波动振动现象，根据轴系弯曲应变图，具体分析如下：
A、因6瓦接近LP2转子的最大应变量位置，故6瓦波动幅度较5瓦及8瓦要大。
B、LP2转子弯曲变形的支点是7瓦，故7瓦没有波动，但相位角将会出现反相变化。
C、当外界条件变化后，弹性振子平衡被打破后，波动振动将自动产生，可以解释波动自动产生的问题。
D、因振动总会受到阻尼作用，故波动振动可以自行衰减，直到消失并平衡于一个新的平衡位置。
E、在内应力的作用下LP2转子与发电机转子发生弯曲应变，也就是说LP2转子与发电机转子组成一个弹性振子，因此5、6、8瓦波动振动一定是同时出现，且同时消失。
F、因轴系的弯曲变形是以7瓦及LP2转子的近似中点为始点，当弹性振子的平衡被打破后6瓦的波动振幅始终与5、8瓦反相。
G、负荷变化时，平衡被打破的概率高，因此加减负荷时出现周期性波动振动的概率高。

说明书全文

一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法

技术领域

[0001] 本发明属于设备检测技术领域，具体涉及一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法。

背景技术

[0002] 由东方汽轮机有限公司设计制造的百万千瓦级核电汽轮发电机组经常出现周期性的波动振动故障，目前中核、广核、国核运行中的核电机组均有个别机组出现了周期性的波动振动故障。

[0003] 核电汽轮发电机组波动振动主要特点如下：

[0004] A、6瓦波动幅度最大，5瓦、8瓦次之，1-4及7瓦波动不明显。

[0005] B、波动振动自动产生，且运行一段时间又能自动消失。

[0006] C、5、6、8瓦波动振动同时出现，且同时消失。

[0007] D、6瓦的波动振幅始终与5、8瓦反相。

[0008] E、加减负荷时出现周期性波动振动的概率高。

[0009] F、8瓦的振动幅值较高，超过报警值。

[0010] 国家振动研究中心、西安热工研究院振动研究所、西安交通大学、中核集团等国内的振动知名专家曾多次会诊，但波动振动仍没能很好的解决。

发明内容

[0011] 本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法。

[0012] 本发明的技术方案如下：

[0013] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，包括四个步骤，步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析；步骤2，对汽轮发电机组轴系进行受力分析；步骤3，画出轴系弯曲应变示意图；步骤4，引入胡克定律进行振动分析；

[0014] 所述步骤1包括进回油温度方面分析振动原因，临界转速方面分析振动原因，空载定速后振动变化方面分析振动原因，轴振与瓦振变化方面分析振动原因。

[0015] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，进回油温度方面分析振动原因；

[0016] 分析运行时各瓦的进回油温度可知，8瓦运行时的进、回油温度的温差进行分析，8瓦的进、回油温差只有2.5℃，而1-7瓦的进、回油温差在6-8℃，8瓦的进回油温差明显偏低，由此推断8瓦的负荷应该偏低；从瓦温方面比较，虽然8瓦瓦温为91.4℃在该机组各瓦中是最高的，但与该核电站1-3号机组8瓦，98-100℃相比，4号机组的8瓦温度要低，因此从瓦温的运行参数上进行横向分析，可以推断4号机组汽轮发电机组8瓦负荷较设计载荷要低。

[0017] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，临界转速方面分析振动原因；

[0018] 停机过临界时8瓦处轴振未出现共振，在临界转速处轴振未出现共振峰这一现象很不正常，并且用接入的专用振动监测软件对振动进行分析，发现过临界时8瓦处振动相位角也未出现突变，因此可以确定停机降速过临界时8瓦处轴振确实未出现共振；

[0019] 由此推断8瓦处机组临界转速发生的漂移，汽轮机发电机组轴系的临界转速，即固有频率，与转子的材料、质量、转子长度有关，同时也受支撑系统的刚度影响，支撑条件变化时轴系的固有频率也将发生变化，支撑刚度降低，轴系的固有频率下降；

[0020] 在降速至744RPM时出现了一个共振峰，由此推断8瓦处的支撑刚度在降低，运行中的汽轮发电机组支撑系统材料未发生改变，支撑刚度的降低唯一可能是油膜等效刚度发生了改变，油膜等效刚度降低导至8瓦处轴系的临界转速发生了漂移，因此当汽轮发电机组降速至设计临界转速985RPM时未出现共振。

[0021] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，空载定速后振动变化方面分析振动原因；

[0022] 汽轮发电机组达到额定转速的空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，从29um最终上升到70um，详细分析空载定速后轴振变化，可作出8瓦的油膜刚度在定速后在减小；

[0023] 分析过程如下：

[0024] 根据强迫振动理论，激振力与支撑系统动刚度是影响旋转机械强迫振动的两大因素，强迫振动的振幅A可以表示用式(5)表式：

[0025] A＝α×F/Kd(5)

[0026] (5)式中α为系数，F为激振力，Kd为动刚度，由该式分析，振动的幅值与激振力成正比，与设备支撑系统的动刚度成反比，因此降低激振力或提高动刚度均可以降低振动幅值。若定速后8瓦振动升高，则可能是F在变大或动刚度Kd在减小。

[0027] 若是不平衡产生的激振力，根据牛顿第二定律则有若是不平衡产生的激振力则在达到额定转速后激振力就不会再增加，因此达到额定转速后，振幅就不会增加了；

[0028] 8瓦处的振动幅值定速时只有29um，说明轴系的动平衡非常好；

[0029] 空载时发电机的励磁电流为零，排除了热矢量形成的额外激振力的可能，因此8瓦处轴振的升高只有一种可能，即动刚度Kd在减小，在汽轮机支撑系统不变的情况下，只能是油膜刚度在减小，结合停机过临界未出现共振峰，可以确定在机组定速后8瓦的油膜刚度在减小。

[0030] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤1，根据运行及振动测量数据进行振动初步分析，轴振与瓦振变化方面分析振动原因；

[0031] 空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，但在8瓦轴振上升的过程中，8瓦处的瓦振保持不变，由此推断在机组空转时8瓦的偏心距在变小，结合8瓦油膜等效刚度变小及8瓦进、回油温差异常，可以判定汽轮机定速后8瓦的负荷在逐渐变小，轴颈向轴瓦瓦心发了移动，因此轴振升高，而瓦振保持不变；

[0032] 根据汽轮机组振动幅值与轴承载荷及油膜刚度之间的关系，汽轮发电机组振动的幅值与轴承所受载荷及油膜等效刚度有关,而油膜等效刚度的变化又会引起轴颈与轴瓦之间的摩擦。根据转子动力学及润滑理论,对振幅与轴承载荷及油膜等效刚度之间的关系进行了分析,有如下结论，轴承载荷增加,油膜厚度变薄，油膜等效刚度增大,轴颈与轴瓦之间摩擦程度增加,振动幅值减小；反之轴承载荷小、油膜厚度变厚、油膜等效刚度变小、振动幅值增加；

[0033] 最终可以确定该汽轮机该汽轮发电机组8瓦负荷比设计载荷偏小。

[0034] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤2，对汽轮发电机组轴系进行受力分析；

[0035] F7为7瓦的载荷，F8为8瓦的载荷，G4为发电机转子重量，设7瓦与8瓦间距为L，发电机靠背轮与7瓦间距离为L1,则在静止状态，必然有下式(1)、(2)成立；

[0036] F7+F8＝G4 (1)

[0037] F7＝F8＝1/2·G4 (2)

[0038] 由上文分析可知，汽轮发电机组定速后8瓦载荷在逐渐变小，即F8在变小，此时LP2转子与发电机转子间将会形成内应力，以发电机转子为研究对象，则LP2转子通过联轴器向发电机转子施加了一个向下的f1应力，以LP2转子为研究对象则发电机转子给LP2转子施加了一个向上的应力f2，f1与f2是一对作用力与反作用力，即f1＝f2，以发电机为研究对象，则有下式(3)、(4)成立；

[0039] F7+F8＝G4+f1 (3)

[0040]

[0041] 8瓦运行负荷变小时，发电机转子与LP2转子间确实会有内应力产生，而8瓦负荷变小主要原因是8瓦轴颈扬度偏小太多导致，而8瓦的扬度由轴系的基准扬度6瓦的轴颈扬度所决定，由此可见汽轮发电机组的基准扬度偏差可造成机组运行后轴系间产生内应力。

[0042] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤3，画出轴系弯曲应变示意图；

[0043] 因6瓦基准扬度偏差，机组运行后LP2转子在内应力f2作用下，将会以7瓦为支点向上发生弯曲应变，轴系产生向上的微小弯曲变形，轴系的外弯侧材料原子承受拉压应力，内弯侧材料原子间承受压应力，导致基准扬度曲线偏离设计值较多，轴系不再是一根连续平滑的曲线。

[0044] 一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，所述步骤4，引入胡克定律进行振动分析；

[0045] 设应变量为ε，轴系的弹性模量为E，弯曲应力为σ，则根据胡克定律则有式(5)成立。

[0046] σ＝Eε (5)

[0047] 在弹性限度内，轴系可看作是一个弹性振子，当f2保持不变的情况下，LP2转子的应变ε始终保持稳定，弯曲应力σ也保持稳定，此时整个轴系不会发生波动振动。当外界条件发生变化后，容易造成8瓦负荷F8发生改变，由(4)式可知，当F8增大时，内应力f1将变小，弹性振子的平衡状态会被打破，轴系将向应变量的反方向进行回弹，产生维绕新平衡位置的上下波动振动。根据式(5)弹性振子的应力与应变关系式可以很容易解释该厂4号汽轮发电机组的波动振动现象，根据轴系弯曲应变图，具体分析如下：

[0048] A、因6瓦接近LP2转子的最大应变量位置，故6瓦波动幅度较5瓦及8瓦要大。

[0049] B、LP2转子弯曲变形的支点是7瓦，故7瓦没有波动，但相位角将会出现反相变化。

[0050] C、当外界条件变化后，弹性振子平衡被打破后，波动振动将自动产生，可以解释波动自动产生的问题。

[0051] D、因振动总会受到阻尼作用，故波动振动可以自行衰减，直到消失并平衡于一个新的平衡位置。

[0052] E、在内应力的作用下LP2转子与发电机转子发生弯曲应变，也就是说LP2转子与发电机转子组成一个弹性振子，因此5、6、8瓦波动振动一定是同时出现，且同时消失。

[0053] F、因轴系的弯曲变形是以7瓦及LP2转子的近似中点为始点，当弹性振子的平衡被打破后6瓦的波动振幅始终与5、8瓦反相。

[0054] G、负荷变化时，平衡被打破的概率高，因此加减负荷时出现周期性波动振动的概率高。

[0055] 本发明的有益效果在于：

[0056] 对于振动幅值周期性波动的振动问题，工程实际遇到的情况相对较少，目前有资料记载的汽轮发电机组周期性波动振动有拍振、磨擦振动。但若汽轮发电机组周期性振动规律及特点不完全与磨擦振动或拍振相吻合时，使用该诊断方法将胡克定律应用到振动分析中，可准确定位缺陷原因，解决工程实际问题。附图说明

[0057] 图1为本发明的轴系受力。

[0058] 图2为本发明的轴系弯曲应变示意图.

具体实施方式

[0059] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1-2所示的一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法，包括以下步骤：

[0060] 步骤1:根据运行及振动测量数据进行振动初步分析

[0061] (1)进回油温度方面分析振动原因：

[0062] 分析运行时各瓦的进回油温度可知，8瓦运行时的进、回油温度的温差进行分析，8瓦的进、回油温差只有2.5℃，而1-7瓦的进、回油温差在6-8℃，8瓦的进回油温差明显偏低，由此推断8瓦的负荷应该偏低；从瓦温方面比较，虽然8瓦瓦温为91.4℃在该机组各瓦中是最高的，但与该核电站1-3号机组8瓦，98-100℃相比，4号机组的8瓦温度要低，因此从瓦温的运行参数上进行横向分析，可以推断4号机组汽轮发电机组8瓦负荷较设计载荷要低。

[0063] (2)临界转速方面分析振动原因：

[0064] 停机过临界时8瓦处轴振未出现共振，在临界转速处轴振未出现共振峰这一现象很不正常，并且用接入的专用振动监测软件对振动进行分析，发现过临界时8瓦处振动相位角也未出现突变，因此可以确定停机降速过临界时8瓦处轴振确实未出现共振。

[0065] 由此推断8瓦处机组临界转速发生的漂移，汽轮机发电机组轴系的临界转速，即固有频率，与转子的材料、质量、转子长度有关，同时也受支撑系统的刚度影响，支撑条件变化时轴系的固有频率也将发生变化，支撑刚度降低，轴系的固有频率下降。

[0066] 在降速至744RPM时出现了一个共振峰，由此推断8瓦处的支撑刚度在降低，运行中的汽轮发电机组支撑系统材料未发生改变，支撑刚度的降低唯一可能是油膜等效刚度发生了改变，油膜等效刚度降低导至8瓦处轴系的临界转速发生了漂移，因此当汽轮发电机组降速至设计临界转速985RPM时未出现共振。

[0067] (3)空载定速后振动变化方面分析振动原因：

[0068] 汽轮发电机组达到额定转速的空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，从29um最终上升到70um，详细分析空载定速后轴振变化，可作出8瓦的油膜刚度在定速后在减小。

[0069] 分析过程如下：

[0070] 根据强迫振动理论，激振力与支撑系统动刚度是影响旋转机械强迫振动的两大因素，强迫振动的振幅A可以表示用式(5)表式：

[0071] A＝α×F/Kd (5)

[0072] (5)式中α为系数，F为激振力，Kd为动刚度，由该式分析，振动的幅值与激振力成正比，与设备支撑系统的动刚度成反比，因此降低激振力或提高动刚度均可以降低振动幅值。若定速后8瓦振动升高，则可能是F在变大或动刚度Kd在减小。

[0073] 若是不平衡产生的激振力，根据牛顿第二定律则有若是不平衡产生的激振力则在达到额定转速后激振力就不会再增加，因此达到额定转速后，振幅就不会增加了。

[0074] 8瓦处的振动幅值定速时只有29um，说明轴系的动平衡非常好。

[0075] 空载时发电机的励磁电流为零，排除了热矢量形成的额外激振力的可能。因此8瓦处轴振的升高只有一种可能，即动刚度Kd在减小，在汽轮机支撑系统不变的情况下，只能是油膜刚度在减小。结合停机过临界未出现共振峰，可以确定在机组定速后8瓦的油膜刚度在减小。

[0076] (4)轴振与瓦振变化方面分析振动原因

[0077] 空转过程中8瓦处的轴振稳步上升，但在8瓦轴振上升的过程中，8瓦处的瓦振保持不变。由此推断在机组空转时8瓦的偏心距在变小，结合前文所述8瓦油膜等效刚度变小及8瓦进、回油温差异常，可以判定汽轮机定速后8瓦的负荷在逐渐变小，轴颈向轴瓦瓦心发了移动，因此轴振升高，而瓦振保持不变。

[0078] 根据汽轮机组振动幅值与轴承载荷及油膜刚度之间的关系，汽轮发电机组振动的幅值与轴承所受载荷及油膜等效刚度有关,而油膜等效刚度的变化又会引起轴颈与轴瓦之间的摩擦。根据转子动力学及润滑理论,对振幅与轴承载荷及油膜等效刚度之间的关系进行了分析,有如下结论:轴承载荷增加,油膜厚度变薄，油膜等效刚度增大,轴颈与轴瓦之间摩擦程度增加,振动幅值减小；反之轴承载荷小、油膜厚度变厚、油膜等效刚度变小、振动幅值增加。

[0079] 综上所述可以确定该汽轮机该汽轮发电机组8瓦负荷比设计载荷偏小。

[0080] 步骤2:对汽轮发电机组轴系进行受力分析

[0081] 所示轴系受力简图，F7为7瓦的载荷，F8为8瓦的载荷，G4为发电机转子重量，设7瓦与8瓦间距为L，发电机靠背轮与7瓦间距离为L1,则在静止状态，必然有下式(1)、(2)成立.[0082] F7+F8＝G4 (1)

[0083] F7＝F8＝1/2·G4 (2)

[0084] 由上文分析可知，汽轮发电机组定速后8瓦载荷在逐渐变小，即F8在变小，此时LP2转子与发电机转子间将会形成内应力，以发电机转子为研究对象，则LP2转子通过联轴器向发电机转子施加了一个向下的f1应力，以LP2转子为研究对象则发电机转子给LP2转子施加了一个向上的应力f2。f1与f2是一对作用力与反作用力(f1＝f2)，以发电机为研究对象，则有下式(3)、(4)成立。

[0085] F7+F8＝G4+f1 (3)

[0086]

[0087] 8瓦运行负荷变小时，发电机转子与LP2转子间确实会有内应力产生，而8瓦负荷变小主要原因是8瓦轴颈扬度偏小太多导致，而8瓦的扬度由轴系的基准扬度6瓦的轴颈扬度所决定，由此可见汽轮发电机组的基准扬度偏差可造成机组运行后轴系间产生内应力。

[0088] 步骤3:画出轴系弯曲应变示意图

[0089] 因6瓦基准扬度偏差，机组运行后LP2转子在内应力f2作用下，将会以7瓦为支点向上发生弯曲应变，轴系产生向上的微小弯曲变形，轴系的外弯侧材料原子承受拉压应力，内弯侧材料原子间承受压应力。导致基准扬度曲线偏离设计值较多，轴系不再是一根连续平滑的曲线。

[0090] 步骤4:引入胡克定律进行振动分析

[0091] 设应变量为ε，轴系的弹性模量为E，弯曲应力为σ，则根据胡克定律则有式(5)成立。

[0092] σ＝Eε (5)

[0093] 在弹性限度内，轴系可看作是一个弹性振子，当f2保持不变的情况下，LP2转子的应变ε始终保持稳定，弯曲应力σ也保持稳定，此时整个轴系不会发生波动振动。当外界条件发生变化后，容易造成8瓦负荷F8发生改变，由(4)式可知，当F8增大时，内应力f1将变小，弹性振子的平衡状态会被打破，轴系将向应变量的反方向进行回弹，产生维绕新平衡位置的上下波动振动。根据式(5)弹性振子的应力与应变关系式可以很容易解释该厂4号汽轮发电机组的波动振动现象，具体分析如下：

[0094] A、因6瓦接近LP2转子的最大应变量位置，故6瓦波动幅度较5瓦及8瓦要大。

[0095] B、LP2转子弯曲变形的支点是7瓦，故7瓦没有波动，但相位角将会出现反相变化。

[0096] C、当外界条件变化后，弹性振子平衡被打破后，波动振动将自动产生，可以解释波动自动产生的问题。

[0097] D、因振动总会受到阻尼作用，故波动振动可以自行衰减，直到消失并平衡于一个新的平衡位置。

[0098] E、在内应力的作用下LP2转子与发电机转子发生弯曲应变，也就是说LP2转子与发电机转子组成一个弹性振子，因此5、6、8瓦波动振动一定是同时出现，且同时消失。

[0099] F、因轴系的弯曲变形是以7瓦及LP2转子的近似中点为始点，当弹性振子的平衡被打破后6瓦的波动振幅始终与5、8瓦反相。

[0100] G、负荷变化时，平衡被打破的概率高，因此加减负荷时出现周期性波动振动的概率高。

[0101] 对于振动幅值周期性波动的振动问题，工程实际遇到的情况相对较少，目前有资料记载的汽轮发电机组周期性波动振动有拍振、磨擦振动。但福清核电站4号汽轮发电机组5、6、8瓦周期性振动规律及特点，又不完全与磨擦振动或拍振相吻合，分析该核电站汽轮发电机组产生周期性振动的特点及规律，并将胡克定律应用到振动分析中，最终得出轴系基准扬度偏差导致的内应力是该机组产生周期性波动振动的根本原因，准确的定位了缺陷原因，解决了机组波动振动问题。

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一种汽轮发电机组轴系周期性波动振动的诊断方法

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