佛山发电机维保,柴油发电机震动因由、危害及频谱图分析

新装康明斯发电机组试运或大修后第一次起动时，振动问题是危害其能否成功启动的关键。一般而言，造成的因由均由发电机定转子励磁线对中不准、燃烧的不稳定性及各缸作业的不均匀性引起的。同时不应忽视联轴器对轴系纵向振动的危害，以往的案例中也发生过因高弹安装问题引起的发电机组纵向振动故障。经验表明，尽可能的减小发电机转子轴与轴向定位系统之间的间隙也有助于减轻纵向震动。因此，应根据发电机的

      我国是参照国际标准化组织《ISO1086-2：1996》制定旋转机械振动烈度评价标准的。分为A、B、C、D四个区域，它们的分界线是根据以下公式得出：区域边界A/B Sρρ=4800/√n；区域边界B/C Sρρ=9000/√n；区域边界C/D Sρρ=13200/√n，如图1和表1所示。

      机械震动是指机构在某一位置（一般是静平衡位置）附近所作的往复运动。振动的专业术语比较多，这里只推荐两个重要术语：振幅、震动频率。

      震动可分为自由震动和受迫振动：系统受一个初始扰动后任其自身震动称为自由振动；机构在外力作用下（通常是重复性的力）所作的震动称为受迫振动。柴油发电机发电机组在运转时发生的振动都是受迫震动。

      波德图是反映发电机震动幅值、相位随转速变化的关系曲线。图形的横坐标是转速，纵坐标有两个，一个是振幅的峰－峰值，另一个是相位。从波德图上可以得到以下信息：

（3）转子系统的共振放大系数(Q=Amax/ε)，通常小型发电机组Q在3～5甚至更小，而大型发电机组在5～7，超过上述数值，很可能是不安全的；

      由这些参数可以获得有关发电机振动、动平衡状况和震动体的刚度、阻尼特征等动态参数。

（1）连接刚度不足发电机组基座单薄，支撑强度不够；基座与机座之间垫片连接不良，螺丝松动；机座组成刚度不足。

      机械振动往往会引起轴承的过大损伤、机件裂纹的形成、紧固件松弛、结构和机械的破坏、机械装置频繁的检修，以及由此引起的较高费用、焊点破裂引发的电路损坏、绝缘材料磨损造成的短路等。作业人员长时间在振动环境中会感到疼痛、不适，作业效率低下。

（2）减少与曲轴相接触的零配件的可靠性和使用年限，比如造成止推瓦的磨损、活塞和缸套的偏磨等。

（3）对于非电喷柴油发电机，纵向振动会危害到柴油发电机组的配气相位和供油正时，降低装置整体性能；

（4） 对于刚性连接发电机组，纵向振动会造成连接螺栓承受额外的拉压应力，严重时会造成疲劳损坏；对于弹性连接发电机组，因为高弹普遍采用过盈配合连接步骤，过大的纵向振动振幅势必会造成高弹减震橡胶件的损坏；

      极坐标图是把振幅和相位随转速变化的关系用极坐标的形式表示出来，见图3。图中用一旋转矢量的点代表转子的轴心，该点在各个速度下所处位置的极半径就代表了轴的径向振幅，该点在极坐标上的角度就是此时振动的相位角。这种极坐标表示方法在功能上与波德图相同，但它比波德图更为直观。

      振幅-速度曲线在极坐标图中是呈环状产生的，临界速度处在环状振幅较大处，且此时从弧段上标记的速度应当显示出变化率为较大。用电涡流传感器测试轴的振动时，在极坐标图中可以很容易得到轴的原始晃度矢量，即与低转速所对应的矢量。从带有原始晃度的图形要得到扣除原始晃度后的振动曲线也很容易做到，为此，只要将极坐标系的坐标原点平移到与需要扣除的原始晃度矢量相对应的转速点蓝至胜润滑油，原图的曲线形状保持不变。这样，原曲线在新坐标系中的坐标即是扣除原始晃度后的震动响应。

      用某一测点在启停机（或正常运转中）时持续测得的一组频谱图按时间顺序构成的三维谱图就是频谱瀑布图，见图4。图中Z轴是时间轴相同阶次频率的谱线集和Z轴是平行的。从图中可以清楚地看出各种频率的振幅随时间是如何变化的。 

      极联图是在启停机转速持续变化时，不一样转速下得到的频谱图依次构造的三维谱图，如图5所示。它的Z轴是速度，工频和各个倍频及分频的轴线点为原点相外发射的倾斜的直线。在剖析振动与速度有关的事故时是很直观的。该图常载来领悟各速度下振动频谱变化情形，可以确定转子临界转速及其震动幅值、半速涡动或油膜振荡的产生和发展程序等。

      轴心位置图用来显示轴颈中心相对于轴承中心位置，如图6所示。这种图形提供了转子在轴承中稳态位置变化的观测步骤，用以判别轴颈是否处于正常位置。

      当轴心位置超出一定范围时，说明轴承处于不正常的工作状态，从中可以判断转子的对中好坏、轴承的标高是否正常，轴瓦是否磨耗或变形等等。如果轴心位置上移，则预示着转子不稳定的开始。通过对轴颈中心位置变化的监测和解析，可以预测到某些损坏的来临，为事故的防治供应早期预报。

      轴心轨迹通常是指转子上的轴心一点相对于轴承座在其与轴线垂直的平面内的运动轨迹，如图7所示。一般，转子振动信号中除了包含由不平衡引起的基频振动分量之外，还存在因为油膜涡动、油膜振荡、气体激振、摩擦康明斯柴油机维保、不对中、啮合等等原由导致的分数谐波振动、亚异步震动、高次谐波振动等等各种复杂的振动分量，使得轴心轨迹的形状表现出各种不同的特点，其形状变得十分复杂，有时甚至是非常地混乱。

      在发电机组运转时，可利用趋势图来显示、记录发电机的通频振动、各频率分量的振动、相位或其它步骤数据是如何随时间变化的，如图8所示。这种图形以不一样长度的时间为横坐标，以振幅、相位或其它参数为纵坐标。在剖析发电机组震动随时间、负荷、轴位移或其它工艺参数的变化时，这种图给出的曲线十分直观，对于运行管理人员来说，用它来监视发电机组的运转情形是非常有用的。

      在对震动信号进行剖析时，在图9时域波形图上可以得到一些相关的信息，如振幅、周期（即频率）、相位和波形的形状及其变化。这些参数有助于对震动因由的剖析及震动原理的探讨。但因为从波形图上不能直接得到康明斯所需要的精确参数，现在已经很少有人用它来确定震动数据。但它可以在实时监测中作为示波器用来观察振动的形态和变化。

在理想情形下，柴油发电机组主轴轴向（X向）并不受力，但在实际工作中，受零部件的加工及安装误差和部件的不均匀受热、受力变形（主要指主轴的受力变形）等因素的危害，康明斯发电机组缸内燃烧压力推动活塞在Y向运动时，其燃烧压力在X向会存在一个分力（1、2、3、4、5、n为汽缸数） ，该分力通过连杆共同功用在曲轴上。

 其中：简谐力为各缸气缸燃烧压力在X向分力的合力，也是发电机组轴系纵向振动的一个详细激励力源之一。

      根据发电机的工作特点，发电机在起励后其定、转子磁励线将自动寻找对中，以保证磁场稳定，即决定电机X向（轴向）扰力大小及特性的是发电机内部定、转子磁励线的相对位置。发电机X向扰力具体会在如下两种状况下出现：

（1） 发电机在静止状态下定、转子磁励线产生错位，使得发电机组在启动后的起励流程中，为了保证电机运转中磁场的稳定，磁场在X向上会发生一个轴向力迫使转子轴移动至系统稳定。

（2） 发电机在静止状态下定、转子磁励线对中良好，如果稳定运转的电机转子收到一个轴向外力影响并造成一定位移时，磁场在X向上会发生一个相反的轴向力迫使转子回到原来的稳定位置。当外力和位移为一变量时，在发电机组的磁场特征功用下，便会出现轴系的纵向振动。

（3）固定于发电机转子轴上的冷却风扇在运行时也会产生一个X向力，该轴向力的大小与发电机组速度成正比。

      发电机组所采用的高弹联轴器连接部分的减振橡胶，该联轴器在运转过程中只是起到传递功率和减振的功用，只要装配得当，并不会在轴向上发生额外的振动。减震装置示意图如图12所示。

      在气体压力和往复惯性力产生的径向简谐力的用途下，曲柄会舒张变形，形成所谓的弯曲一纵向耦合振动；同时一缸曲柄的舒张变形会造成其他缸曲柄的X向位移，对气缸燃烧压力的X向分力产生影响。轴系纵向震动也可能由轴系弭烈的扭转震动藕合激发发生，特别是当两者临界转速相同或相近时更易产生圃。 

      由于加工和装配都存在一定误差，故就算是同类型发电机，其定、转子磁励线对中情形都会存在一定区别，为了知晓发电机扰力对发电机组纵向震动的危害，在同一台位上更换多台同规格发电机进行了试验，数次试验下的纵向振动现状存在明显差别，但事故并未排查。结合剖析可知，发电机扰力是造成纵向振动的影响要素之一，但不是主要条件；在满足电机其他规划要求的前提下，尽可能的降低转子轴与轴向定位系统之间的间隙有助于减小纵向振动。

此时的工作特征应是造成发电机组纵向震动的主要起因。结合故障特点，发现剧烈纵向振动都是在启动和停机时速度约为480转速左右发生，理论分析可知，此低负载低转速工况下柴油发电机组缸内燃油雾化差，燃烧不稳定。因为发电机组试验中不能在此事故工况下长时停留，因此不能获得该工况下的燃烧数据，故采用类似低负荷工况 I下（100％额定转速，25％额定负载）柴油发电机组参数进行类比剖析，发现该机型在类似低负载下各缸作业均匀性较差，这势必会造成主轴受力不均匀，而主轴的不均匀受力变形将促使扰动力的增大；同时各缸的不稳定燃烧和各缸功率输出的不均匀性还会引起扭振，通过扭振测试和数据解析，发电机组在480印m下的确出现了明显的扭振特性，虽然曲轴应力、电机功率及电角均未超差，但明显的扭振特点势必会激发一定的纵向震动。由此可见，康明斯发电机组各缸工作的稳定性和均匀性是造成发电机组纵向震动的重要要素。

      可用Matlab 工具箱编写程序对康明斯发电机组的双层隔振装置进行计算，分析了采用不一样中间质量、钟状罩刚度、上下减震器的刚度及减振器阻尼系数等对隔振效果的危害，为该发电机组的隔振器选购提供参考依据。Matlab 工具箱编写方式，通过输入不同数据，对柴油发电机组的双层隔振装置的隔振性能进行计算，对隔振效果进行了比较。

     柴油发电机震动原因多种多样，振动故障排除是一件复杂的装置工程。很多事故之间有着相似性。这时就必须突出损坏的“征兆”，以区分振动的原由，排除可疑因素，将损坏范围尽可能缩小，进而为制定消振方法提供依据。要获得较高的震动诊断准确率，首先要认识发电机组震动，即掌握发电机组振动优势，在消振工作中不要依据震动状况，直接套用以往的消振经验，由于类似的振动现状相同的故障，在实际中是极少遇到的，所遇到的振动问题也大多是从未见过的，也必须亲自测试和搜集振动数据，即使是以往作业中遇到过的震动故障，也需要在振动数据测试较全的状况下，进行仔细地剖析和推理，才能对震动事故做出明确的诊断。发电机组振动突升与突降皆是异常现象，发电机组振动大有损害，震动突降也不是好现象，要导致重视，可能是振动增大的先兆，运转人员更不可麻痹大意。