TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 8, August 2013, pp. 44 2 2 ~4 432   e-ISSN: 2087 -278X           4422      Re cei v ed Ma rch 7, 2 013;  Re vised  Ma y 13, 2013; Accepted Ma y 22 , 2013   Vibration Analysis of the Steam Turbine Shafting  caused by Steam Flow      Ge Li-juan, Z h ang Ch un-hui, Hao Min, Zhang Yong*   Inner Mon g o lia  Agricultur al U n iversit y , 30 6 Z hao w u d a  Ro ad . Hohhot, Inner  Mongo lia. P.R . Chin a, 010 018 047 1-43 09 21 5   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : gege glj @ ya h oo.com.cn, 28 972 99 30@ qq.c o m*       A b st r a ct     T h is thesis an aly z e s  vi bratio n test signa l of  T U OKET UO Pow e r Plant 60 0  MW  steam turbin e un i t   throug h vi brati on  monitor i n g   and  sig n a l  a n a l ysis o n  th e b a s i s of T N 80 00 S t eam T u rb ine   Vibrati on A n a l y s is   Softw are. F ault characteristic  w h ich is raise d  by St ea m F l ow  Excitations  is reprod uce d  by accel e ratio n   constant sp ee d  test and lo ad t e st. Steam flo w  mecha n is of excitatio n  ca used  by vibr ati on fau l t and fa ult- sensitiv e para m eter  are an al y z e d measur e s  reduci ng u n it  vibratio has  bee n pro pose d  in lin e w i th the   cond itions. T e s t  results show  that:  the vibrati on caus ed  by the vap o r stre a m  excit a tion  oc curs main ly in t h e   hig h -press ure  rotor stea m in le t end.  How e ve r, the vi br atio n   sig nal,  w h ic h occup i es a lar ge perce ntag e   o f   the rotor frequ ency of a first critical sp ee d a r e sensit iv e to  the cha nges  in  the loa d . Prob le ms can  be e a rl y   ide n tified;  the   ma inte nanc p r ogra m  an mainte na nce  me ans c a n  be  d e t ermi ne d i n  th e p l ant  op erati o n   throug h an alys is of vibratio n mec h a n is m an d sign. Se c u rit y  and rel i a b il ity of the steam turbine ru nn in g   shou ld b e  guar antee d.     Ke y w ords : steam tur b in e unit ,  shafting vibrat ion, sig nal  ana l ysis, steam flo w  excited vibra t ion     Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .        1. Introduc tion  The turbine  rotor is a rath er  compli cate d structu r e, p o sse ssi ng a  contin uou s pl aster of  mass di strib u t ion. Due  to such  re ason as the   man u facture, in stall a tion an d op eration,  all m a make b endi n g  vibration an d torsio nal vibration  ca u s e d  by the shaf t vibration. Vibration p r o b lem  at No.1  and   2 bea rin g  of  No. 6  po we unit in T U OK ETUO Po we r Plant o c curs duri ng tu rbin e   operation. Sh aft vibration v a lue flu c tuate s  fro m  4 0 µm 100µm  wh e n  the l oad i s   more  than  55 MW (Figu r e 1).  Waveform   of  accid ent can be  see n   obviou s ly, the re ason  wh y shaft vibrat ion  occur l a rge fl uctuatio ns li e s  in the viol e n t ch a nge  of low-f r eq uen cy compo nent s of the vibra t io n   sign al at an a pproxim ately 28.15 Hz            Figure 1(a ) .  Time Dom a in  Waveform a nd  Spectrum of 1X Shaft Vibration         Figure 1(b ) .  Time Dom a in  Waveform a nd  Spectrum of 1Y Shaft Vibration   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Vibration Ana l ysi s of the Steam  Turbine  S hafting cau s ed by Steam  Flow (Ge Li-j uan)  4423     Figure 1(c).  Time Dom a in  Waveform a nd  Spectrum of 1X Shaft Vibration       Figure 1(d ) .  Time Dom a in  Waveform a nd  Spectrum of 1Y Shaft Vibration       2. The Relev a nt Te chnica l Parameter  of Units and  Testing Sy stem  2.1. The Rele v a nt Technical Parameter  of Units   The fault uni t is design e d  and manufa c ture d by DONG FANG  steam turbine  plants,  whi c h i s  sub c ritical, impul sive, axial with triplex Fo ur exha ust,  the dou ble  back p r e s sure  con den sing  steam turbin e and an inte rmediate  rehe at modeled  N60 0 -1 6.7/53 8/538. The hi gh  and mediu m  pre s sure cylinder  po sse s ses co -cylinde r, two - tier st ructure  and  th e lo w-p r e s su re  cylinde r i s  di vided into A,  B, two-cylin der. Tu rbi ne  totals three  whol e forging  solid  roto r,  each   sup porte d by  two b eari ng.  Of whi c h,  NO .1, 2 bea ri ng   are tilting  pad  bea ring with six tilting p ad  and NO. 3, 4, 5, 6, 7, 8bearing a r e elli ptical bea rin g s . Thru st pad  is on the back of exhau st  o f   the intermedi ate pressu re  and  wo rki ng f a ce  on th si de of th e ge n e rato r. critical  sp eed val ue  of  steam  turbi n e rotors  are   sho w n  in  Tab l e 1 [1]. Ve rti c al  (Y) an d h o rizontal  (x)  doubl e am plitude  vibration valu e mea s u r ed i n  any jou r ne y of the stea m turbin e uni t shall n o t be  over 0.07 6m m.  Bearin g Vibra t ion (w) pea shall n o t be g r eate r  than 0. 05mm [1].    2.2. Testing  Sy stem  The main  su p e rvisio n chart  of steam turbine  is  sh own  in Figure 2. The monito ri ng ch art  is sh own in Figure 3 due  to chara c te ristics of  axis oscill ation. The  sy st e m  is com p o s ed  of Steam Turbi n e Shafting, se nso r , TSI instrume nt (MMS  6000), T N 80 00 syste m , compute r , etc.      Table 1. The  Critical  Speed  of  t he Turbine Rotato r   Name of shaft se ction  First critical spee d (r/min)   The second critical speed(r/min)   High and mediu m  pressure rot a t o 1692   4000   low  p r essure rot a tor A   1670   4000   low  p r essure rot a tor B   1697   4000   Gene rator rotato r   933  2691       2.3. The Selection of Sen s or   In orde r to accurately me asu r e the re al-tim e situ ation of turbine  rotor vibrati on, the  sele ction of  the sen s o r  should  con s id er t he follo wing two a s p e cts, on the  one han d, the  cha r a c teri stics of the measured  si gnal,  on the other hand, the perform an ce o f  the senso r  [2].  PR642 3 di spl a cem ent sen s or  mad e  by  EPRO with  ra nge 4 00µm a nd sen s itivity  8mv/µm is u s ed  for p r ob of  shaft vib r atio n an d P R 92 6 8  spee sen s or m ade  by  EPRO  with  range  10 0µm  and  sen s itivity 28.5mv/µm for t he tile  cap  vibratio n  (W) throu gh  com p aring  the  ch a r acte ri stics a nd  function s of the oscillation  sen s o r  and  combin in g the feature s  of the turbine  rota tors.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 8, August 2013:  4422 –  4432   4424                           3. Test Anal y s is of Vibration Signals   Acco rdi ng to  the failure  chara c te risti c s, t he cau s of the malfu n ction i s  ex ci tation of  steam  flow at  the first tho u ght. Accele ra tion con s tant  spe ed te st a n d  the  load  te st a r ope rat e d   in orde r to verify the accuracy of the jud g ment  and to  find the sou r ce of the fault resp ectively.     3.1. The  Ac c e leration  Pr ocess  o f  Sta r t M ach ine  a nd th e Vibra t ion o f   the  Constant Spe e d   Test  Wavefo rm of  dire ction  sh aft vibration  wh en Unit sta r ts up a nd a c cel e rate s fro m  No. 1 to   No. 8   watts X  (h ori z ontal ),  Y (verti cal) i s  sh own in  Fig u re  4  with th e  ab sci ssa  in t he figu re  bei n g   the rotator  sp eed, the verti c al axis  bein g  the  Shaft vibration  amplit ude value a n d  pha se. From  the Shaft vibration wavefo rm, the entire  accele ration  pro c e ss  ca n be se en fro m  con s tant spe ed  to the  rated   spe ed  300 0r/ m in  with e a ch vibration  b e ing  sm all.  Whe n  p a ssin g throug h th eir  critical spe e d   (ea c h   rotor orde r criti c al spe ed  i s   sho w n i n  Ta ble1 ), the p e a k  v a lue i s   small   (the   critical sp eed  at a vibration amplitud e  are s hown  in Table 2 )  within the all o wa ble ra ng e,  indicating tha t  each tile vibration p r op erl y     Table. 2 Vibration Peak V a lue of Each  Bearin g wh en  Raisi ng Spe ed Over a  Cri t ical Value                 Shaft s y stem of  steam turbine   PR6423 displacement transducer PR6423 speed t r ansducer   TSI instruments   (MMS 6000)   TN8000 s y st ems  computers  Fi g ure 3. The  Testin g  S y st em Figure 2. The  Main  Monitor Diagram   Speed  dire ct ion     NO.1 bearin g    NO. 2 b earing    NO .3 bearin g    NO.4 beari ng    NO .5  bearing    N O .6 beari n g     NO.7 bea r ing     NO. 8 bearing     NO.9 be ari ng   Eccen tr ic ity   A x ial- disp lac e m e nt  Low  pres sur e   expans ion  dif f er enc e     X :  vi br at i o n o f   X - b e a r in Y: v i bra tion  of Y- beari n g   W: v i br at ion o f   ti le c a p   V i bra t i on un it μ  K e y  phas e   Hig h  press u re  expans ion  dif f er enc e   A b solu te  expans ion   Shaft  vibration  1X 1 Y   2X 2 Y  3X  3 Y  4X 4 Y   5X  µm  27 31  24 32 20  39 22 32  18  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Vibration Ana l ysi s of the Steam  Turbine  S hafting cau s ed by Steam  Flow (Ge Li-j uan)  4425         Phase    Ampl itu de Phase    Ampl itu de Phase   Ampl itu de Phase   Ampl itu de Figure 4(a ) . Wavefo rm of shaft vibratio n of No.1 and  2 along x-y directio n   Figure 4(b ) . Wavefo rm of shaft vibratio n of No.3 and  4 along x-y directio n   Phase   Ampl itu de Phase   Ampl itu de Phase   Ampl itu de Phase   Ampl itu de Figure 4(c).  Wavefo rm of shaft vibratio n of No.5 and  6 along x-y directio n   Phase   A m p l i t ude   ° μ m Phase   A m p l i t ude   ° μ m Phase   Ampl itu de Phase   Ampl itu de Figure 4(d ) . Wavefo rm of shaft vibratio n of No.5 and  6 along x-y directio n   Phase  A m p l i t ude   ° μ m Phase  A m p l i t ude   ° μ m Phase  A m p l i t ude   ° μ m Phase  A m p l i t ude   ° μ m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 8, August 2013:  4422 –  4432   4426 3.2 Vibration   w i th L o ad   With a loa d , watt-axis vib r ation ha s so me ch ang es  to some  deg ree. On e of the mo st   intere sting thi ngs i s   NO. 2  and  NO. 3 - watt of the high  and m edium -pre ssure rot o r a s  well a s  NO.  7 and  NO.  8-watt vibratio n  of the rot o of gene rato r.  There i s  a b i g fluctuatio in the first an se con d  Z W vibration  whe n  full ca pa city is 600  MW.  There is a m u ch  more in crea se in  No. 7,  No. 8 ZWZ  vibration tha n  that withou t load.  Given the spee d and load  wat t  vibration-p a ss  freque ncy dat a are sho w n i n  Table 3. we  will analyze in the followin g  para g raph s.      Table. 3 Vibration Peak V a lue of Each  Bearin g wh en  Raisi ng Spe ed Over a  Cri t ical Value   Shaft vibration  Constant speed       3000 r/min   100MW 300MW 450MW 600MW  1x  40  38 40 40  24~126   1 y   40  34 40 36  22~132   2x  25  27 28 30  30~124   2 y   30  30 35 36  40~149   3x  43  46 44 48 58  3 y   52  54 43 37 55  4x  28  28 32 36 34  4 y   35  32 39 47 39  5x  43  33 36 34 46  5 y   50  39 36 30 49  6x  16  18 25 28 28  6 y   20  22 38 38 33  7x  32  32 30 32 61  7 y   57  58 59 66 76  8x  12  18 22 22 28  8 y   40  45 47 51 57  9x  41  45 58 56 60  9 y   43  50 55 56 64      3.2.1. The Analy s is of the Vibration for the High a nd Medium-pressu re Ro tor   Whe n   No. 1   and  No.  2 th e Z W Z vib r at ions are 6 00  MW, the r are large flu c tu ations.  Take  2Y a s   an exampl e, the minimum  value is o n l y  about 40 μ m and the  m a ximum valu e of  more  than  12 0 μ m. The  vib r ation  sp ect r u m s of th re e t y pical  situatio ns  are  sho w n  from Fi gu re  5   to Figure 7.    Figure 5 is a  vibration sp ectru m  witho u low-frequ e n t comp onen ts, of which t he 1X  vibration - pa ss fre que ncy  value is  abo ut 24 μ m a n d  one  octave  amplitude  of  about 1 6 μ m. The  sign al amplit ude of 28.13  Hz i s  about 2 μ m. Pass-f r e quent value o f  1Y vibration is about 22 μ m,  one o c tave a m plitude of 1 4 μ m and si g nal amplitud e  of 28.13Hz is app roximat e ly 3 μ m, pass - freque nt value of 2X vibration is abo ut 30 μ m, one octave am plitude of 21 μ m and sign al  amplitude  of  28.13 Hz i s   a pproxim ately 4 μ m. Pass-f reque nt value  of 2Y vibratio n is  abo ut 40 μ m,  one o c tave a m plitude of 3 3 μ m and  sig nal amplitu d e  of 28.13Hz i s  ap proximat ely 4 μ m, and  the  NO. 1 and  NO. 2 watt vibration focu s o n  octave ing r edient s.    Figure  6 i s  a  vibration  spe c trum  with  evident lo w-freq uen cy compo nents of which th e   1X vibration-pass freq uen cy value is ab out 28 μ m an d one octave  amplitude of about 16 μ m. The  sign al amplit ude of 28.13 Hz i s  about 1 1 μ m pass-fre quent value  of 1Y vibration is about 35 μ m,  one o c tave a m plitude of 1 5 μ m and  sig nal amplitud e  of 28.13Hz i s  app roximat e ly 16 μ m,  pa ss- freque nt value of 2X vibration is abo ut 35 μ m, one octave am plitude of 21 μ m and sign al  amplitude  of  28.13 Hz is a pproxim ately  16 μ m p a ss-freque nt value   of 2Y vibratio n is ab out 6 0 μ m,  one o c tave a m plitude of 3 3 μ m and  sig nal amplitu d e  of 28.13Hz i s  ap proximat ely 21 μ m. At this  time, the low-freque ncy co mpone nts a r e  close to or o v er one o c tave comp one nt.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Vibration Ana l ysi s of the Steam  Turbine  S hafting cau s ed by Steam  Flow (Ge Li-j uan)  4427   Figure 5. Vibration sp ectru m  di agram of No.1 an d 2 b earin g    when lo w fre quen cy com p onent is  small   Figure 6. Vibration sp ectru m  di agram of No.1 an d 2 b earin g    when lo w fre quen cy com p onent is o b vious  Figure 7. Vibration sp ectru m  di agram of No.1 an d 2 b earin g    when lo w fre quen cy com p onent is g r eat   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 8, August 2013:  4422 –  4432   4428 Figure 7 is a  vibration sp ectru m  with  evi dent low-freque ncy com pone nts. of whi c h the  1X vibration-pass freq uen cy value is ab out 70 μ m an d one octave  amplitude of about 16 μ m. The  sign al amplit ude of 2 8 .13 H Z  is a bout 4 7 μ m. Pass-freque nt value  of 1Y vibratio n is a bout 9 0 μ m,  one o c tave a m plitude of 1 7 μ m and  sig nal amplitud e  of 28.13Hz i s  app roximat e ly 62 μ m,  pa ss- freque nt value of 2X vibration is abo ut 95 μ m, one octave am plitude of 22 μ m and sign al  amplitude of  28.13Hz i s  approximatel y 70 μ m. Pass-frequ ent value of 2Y vibration i s  ab out  120 μ m, one  octave amplit ude of  3 2 μ and  sig nal  a m plitude  of 2 8 .13Hz i s  ap proximately  8 4 μ m.  At this time, the low-fre que ncy co mpon e n ts ARE far  much m o re th an one o c tav e  comp one nt.  Thro ugh  spe c tral analy s is,  we  can find t hat the  re aso n  why the 1 s t  and the 2 nd  tile of X,  Y-dire ction  shaft vibration  occu rs large  fluctuation s  l i es in  violent  vibration  of a n  app roximat e ly  28Hz lo w fre quen cy com p onent s. As you ca n se e,  however 1, 2  corrug ated frequ en cy value  cha nge s, the  1 o c tave  am plitude  and  p hase a r e ve ry stable  with  few  ch ang es (Ta b le  4). T he  axis tra c k of  the vibration   (Figu r 8) i s   in di sord er,  whi c h i s  cau s ed  by the  complexity of the   freque ncy co mpone nt of the vibration si gnal [3, 4], prece s sion di re ction is p o siti ve     Table 4. Amp litude and Ph ase of 1 O c ta ve Vibration  Signal of No. 1 and 2 Bea r i n g   Test  point    1x 1 y   2x 2 y   Amplitude(µm)  16 15  21 33  Phase °   161 49  196 81            The  ba sic ch ara c teri stics of  malfunctio n   are a s  follo ws from the a bove analy s is:  (1) Malfu n cti on occu rs to  the inlet steam end  of  high pressu re turbine, be cau s e vibration  amplitude flu c tuation s  very instantly, th ere will b e  a severe vibratio n.  (2)  Whe n  P is no less tha n  500M W, vibration is inte n s ified. Once th ere is a threshold load val ue,  this malfun ction occu rs.   (3) In th e vib r ation  sign al, t he first  criti c al  sp eed  (f req u ency) of th signal  of the  m a lfunctio n   rot o r   is the mai n  compon ent of  and am plitud e occu rs   vol a tility, accom panie d  by a l a rge  num ber of  low-f r eq uen cy compon ent and hig h -o rd er ha rmoni c compon ents.   (4) Failure occurs,  even if t he fre quency  of vibration fluctuates vo l a tility, but the  basi c  frequency  in vibration si gnal re main stable.   (5) T he fre q u ency comp on ents of the vibration m a lfu n ction a r e a b unda nt with volatile vibrati o n   amplitude; th erefo r e, orbit  track is in  di sorde r  in po siti ve precessio n (6) T he vibrat ions have  a fine reproducibility.      Figure 8. Vibration Axis pat h diagram of No.1 be arin g     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Vibration Ana l ysi s of the Steam  Turbine  S hafting cau s ed by Steam  Flow (Ge Li-j uan)  4429 3.2.2. The Analy s is for Reason o f  Vibration in the  High and Me dium-pres s u r e Rotators   Acco rdi ng to   analysi s   of th e me ch anism  of rotor dyna mics , u n it vibration  ph en omeno is clo s ely rel a ted with critical sp eed freque ncy  of the high pressure roto r, which me an s the  vibration freq uen cy doe s n o t match  with  the roto freq uen cy, but co mplies  with th e criti c al  spe e d   of the rotor  and contain s  a low-frequ ency ha rmo n i c [5, 6, 7, 8, 9]. There a r e othe r fact ors  cau s in g in sta b le  spo r ts vib r ation f r eq ue ncy 2 8 .13 H is  clo s e to  cri t ical  spe ed 1 692r/mi n  of t he  high p r e s sure rotor  by co mpari ng fault  unit in low-freque ncy com pone nts of th e high p r e s sure  rotor the r e a r e not obviou s  low-fre que ncy co mpon e n ts No. 1 an d No. 2Z WZ  vibration bef ore  450p w by tra cki ng the p r o c e ss of the lit er loa d . A sig n ificant lo w freque ncy com pone nt occu rs   after 50 0kw,  up to  10 μ m,  a si gnificant i n crea se  hap p ens in  th e lo w-frequ en cy  comp one nt, u p  to   20 μ m, the v a lue of  whi c h ca n n o t be  overlo oked.   Values  in the low-freq uen cy vibratio and  occurre n ce frequ en cie s  have gre a tly incre a sed i n  the full load 60 0MW. The vibration  phen omen on  is difficult to define as a rand om  fricti on forced vibration with e x clusi on of low- freque ncy  oscillation  ca used by motio n  of oil whirl  (oil whi r l vibra t ion sig nal freque ncy i s  0 . times sl ower  than unit op e r ation fre que ncy). All of  this sugg est s   that instable  vibration of the  high a nd me dium-pre ssu r e roto r bel o ngs to th e e x citation of the ste a m flo w . Steam Fl ow  Excitations b e long s to a  self-ex c ited  vibr ation (o r neg ative damping vib r a t ion). Dam p i ng  gene rated  m o vement of vi bration  itself  exace r bate   the movem e n t  [5, 9, 10] ra ther tha n  sto p  it.  Steam Flo w   Excitations  g enerally o c cu rs to  hig h -p re ssure  (o hig h  and  medi u m -pressu r e )  rotors  of the turbin e in high po wer u nde r hi gh load, the  main feature s  of whi c h is that vibration is  sen s itive to load. Sudd en  vibration ha a thre shol d load, whi c st imulates th e excitation of the  steam flo w   whe n  vibratio n exce ed s th e load.  Wh il e the lo ad lo wers to  som e  certain  values,   vibration  i s  re sume d with  g ood rep eatab ility.  T he mai n  re ason  ca u s ing  the m a lfunctio n  is ste a flow excitatio n  throug h the  analysi s  of vibrant  si gnal and features  of  steam flow excitation.    3.2.3. The Analy s is of Mechanism  o f  the Ste a m  Flo w  Ex cita tio n    It must have  two  conditio n s to  re sult i n  st ea m flow excitation, o ne is  uneve n  radi al  distrib u tion  of the p r e s sure  within  se al g ap of th e h i gh  p r e s s u r e   r o to r ;  th e  o t he r   is  imba la nc in  rotor to rque  radial [5].The type of excitation force:   The excitin g  force  ca used  by wee k ly chang es of th e steam  seal  cham ber  pressure.  Vapor p r e s su re of the hig h -p re ssure  ro tator of  the l a rge tu rbin e i s  high  with la rge a m ount of  leakage i n  th e stea m seal  of blade s.  Whe n  the  te mperature  is con s tant, th e pressu re o f  the  shaft  seal  ch ambe r is p r o portion al to t he flow rate o f  the ch amb e r . The  ra dial  clea ran c e  (Fi gure   9:  δ 1 =  δ 2 )  of the front and re ar teeth  is equal  wh en  roto r is in  the rest po si tion. The ste a m   inflow i s  eq ua l to the outflo w  with out  circulation  in th cham be r. On  the premise o f  the outlet ga δ 2 le ss than  the inl e t gap   δ 1, When  the  roto r radial  d i spla ce (whi ch i s  th e p r e r equi site of  se lf- excited vibra t ion), the rel a tive chan ge  in expor ts t eeth flow area is large r  than that in the  entran c e of the Tooth flow area if  the radial displ a ce ment of the rotor makes t he shaft se al gap  increa se, ste a m outflows outnumb e r inf l ows with re d u ce d pre s sure in the shaft seal cham ber. In   the other  wa y round, the result s are o n  the contra ry. Rotor p r e s sure an d displ a cem ent are not  synchro n ized  due  to the  i nertia  of the  roto r,  i.e. when th rotor is  displa ced  up ward to  the   highe st positi on, the uppe r gap is the smallest. Ho wever the pre s sure in the chambe r ro om  is   not the highe st.  Whe n  the rot a tor go es b a ck to the vicini ty  of the rest positio n from  the uppe r, the uppe cham be r p r e s sure  is th e h i ghe st. Thu s , top and  botto m of roto r   wi ll form a  pre s sure differenti a urgin g  the rotor continui ng  its  downward movement  from the rest  positio n so th at the roto r can   not stay  in  stationa ry p o s ition .thi s  i n ertia  hy steresis  effe ct makes the pre ssure in the lo wer  cham be r ro o m  increa se  whe n  the rotor  contin u e s its do wn ward moveme nt. And this va po pre s sure differen c e will e n able the rotor to produ ce a  displa cem e n t  and forms  a  eddy due wh irl.  Becau s e it is  cau s e d  by the vapor sy ste m , ther efore terme d  as the  steam flow ex citation.   The  stre ss a nalysi s  of  rot o r e ddy  cau s ed by p r e s su re  cha nge s in  sh aft seal  ch ambe r is  sho w n  in  Fig u re  10.  pre ssure  differe ntia l in the   cham ber ma ke s th e an gle  90  be tween  the  ste a forc e F 1  and  rotor el asti c restori ng force  F 2 , both of which e nabl es  the rotor  disp lace. (0< Φ <9 0)   At this  time,  t he s t eam forc e F 1  can b e  decompo se d into a rotor el astic resto r in g force  with the   same  directio n of the force F 11  and a n o ther o ppo sit e  to the di re ction of the da mping fo rce  F 3 w h ic h  is F 12   functioni ng  a s  the  n egativ e da mping.   Whe n  F 12  i s   greate r  th an   F 3 , the rotor  wil l   gene rate self-excited vibrati on (F 4  is cent rifugal force )  [11].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 8, August 2013:  4422 –  4432   4430                           The exciting f o rce ca used  by imbalan ce  of the torque  of the rotor:  Due to u n it installatio n , cylinder d e viation  in op erati on and  ra dial  displa ce men t  of the  rotor, roto r wi ll  deviate co mpari ng with cylinde r, cau s ing  uneve n   radial  di stribu tion when  ste a acts  on the  rotor an d the  rotor  whi r l. The de co m p o s ition of the  eddy mome n t um is sho w n  in   Figure 11. Be cau s e th e lo ss is sm aller o n  the radi al  g ap si de, the  p o we r a c ted  b y  steam i s  la ger   than that on  the large r   gap si de. Where b y,  torq ue forme d  b y  rotor is u nbala n ced. T h e   unbal an ced t o rqu e  force  can b e  divid ed into force cau s in g rotation of the roto r in the  circumfe ren c e and  un bal anced fo rce  Ft rotating  wi th the rotor  and o ppo site  to the d a m p ing  force.  Ft a c ts o n  the  rot o cente r   an d fun c tion s a s  a  ne gative  dampi ng.  When th e force is  greate r  than t he dampi ng force of the system, the  ro tor will gen erate self-excit ed vibration [ 12].  The unb alan ced force is:     F t =F t1 -F t2                                                         (1)                                          As sho w n in  Figure 12, Ft is proj ecte d o n  the ax is wit h  x, y as the centre po sitio n  of the  whe e l.                                                                              (2)     K 1    (u n it:N/m is the co effici ent of gap exciting fo rce, the cal c ul ation  of which i s :                                                       i 1 ii 95 49 P b K= 3 DH n ()   F t2  F t1  O F O F F F F Figure 11. Ro tor Eddy cau s ed by Torq ue  Imbalance of  the Rotor  F tx =-K 1 x    F ty =K 1 y   Figure 9. Rot o r eddy cau s ed by  pre s sure ch a nge s in sh aft seal   Figure 10. Pressure analy s is in  shaft  seal   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Vibration Ana l ysi s of the Steam  Turbine  S hafting cau s ed by Steam  Flow (Ge Li-j uan)  4431 Formul a:   D i : impeller  section  circula r  diamete r , m;  H i : leaves, m;  β : Gap excita tion factor;   P i :  class p o w e r,  K W ;   n: a rotor spe ed, r/min.    As Equatio 3 sh ows th at K 1  stage  po wer P i  is  pro portion al to,  disp rop o rtion a l to the   blade heig h t H i  when  certa i n sp eed  n, a s  a  re sult, po wer is i n cre a sed, K 1  in cr e a se s,  t he  rot o r is  easy to i n stability. There i s  not vi bration malfunction in the units  when the l o ad po wer stay s low.   Only  on   the con d ition of power of  the   gen erat in g u n its b e ing  greater  450 MW, can  the vib r ant  malfunctio n  o c cur. Furth e rmore, the un stable condi ti on of units is more se riou s with a furth e increa se of t he load  of the ran dom g r oup. The  hi g h  pre s sure rotor ste a m in  the first ord e r of  bendi ng n a tu ral fre que ncy  will b e  subj ected to  a l a rge  amplitu de when  the  total in a  cut  perp endi cul a r to the ecce n t ric di re ction  of the  high -p ressure rotor  betwe en the  exciting force  of  the steam  seal an d excit i ng force of  unbal an c ed t o rqu e  excee d s the  damp i ng force of  the  beari ng oil film.                               4. Conclusio n   Steam  flow e x citation  p r o c essing progra m   of the hig h  and m edium -pressu r e to rque i s   clo s ely lin ke d with  its vi brant  me cha n ism. A c co rd ing to  analy s is for th situation of  ro tor  vibration an d mech ani sm o f  the flow excitation as  well  as in-depth rese arch of the vibration da ta  and vibration  grap h, re du cing  excitatio n  forc e an increa sing th e system  da mping a r e t w method s to eliminate the vibration. Th e measures  red u cin g  steam f l ow excitatio n  are as follo ws:  (1)  The  adju s tment of the  cylinde r a nd t he cente r   of t he rotor to  avoid the  evide n t displ a cem ent  of the rotor a nd the cylind e r ce nter in o peratio n.  (2) Chan ge  open  proced ure s  of  the  g o verno r  va lv e, thus avoid i ng u nbal anced to rque  on  the   rotor  cau s ed  by radial disp lacem ent of unilate ral ste a m force. The adjustm ent  methods  ca n be   adopte d : inlet steam way is chan ged  into a single valve, reducin g steam  paramete r s and   cha ngin g  the valve sequ en ce;   (3) in cre a si n g  bu sh  dam ping. Th st eam flo w  ex citation  belo ngs to the  n egative d a m p ing  vibration  whi c h plays  a po sitive role in i m provin g its  dampin g  sup p re ssi on to ward lo w-freq u ency  vibration. Me asu r e s   can  b e  taken:  imp r oving  l ubri c a n t tempe r ature, red u ci ng  cl eara n ce of th e   top bea ring,  adjustin g  coordi nate s  of  the bear i n g ,  and increa sing the l e n g th of the b u sh,  adoptin g lubri c ant with, a hi gh viscosity ,etc.;  (4) Bush with  fine stability;  (5) T o  improv e the criti c al speed of the rotor.       Ackn o w l e dg ements   Sponsored b y  National  Natural S c ien c e Fou ndatio n  of Chi na  (NO. 1 1262 0 15)  and  Natural Scie n c e Fou ndatio n of Inner Mo ngolia (NO. 2 012MS0 732 ).    O t F   ty F   tx F   1 O   Figure 12. Th e Unb a lan c e d  Force   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.