火电厂汽轮机震动故障分析与研究
时间：2022-03-12 08:26:08
【前言】火电厂汽轮机震动故障分析与研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。汽轮机是发电厂的的原动机，它是把蒸汽的热能转化为大轴的机械能。通过锅炉与汽轮机之间的热力系统完成工质的汽水循环，热力系统包括凝汽冷却系统，回热加热系统、疏水系统以及补水系统等若干子系统，并利用各种热力设备来完成各自的功能。 2 汽轮机振动故障分析 机组...
【摘 要】对转动机械来说，异常振动是汽轮发电机运转中缺陷，隐患的综合反映，是发生故障的信号。汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障，由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，本文从进汽参数、疏水、油温、油质、等方面进行了分析研究。
【关键词】汽轮机 震动故障 机组振动
1 绪论
汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广的原动机，由于转动部分不可能绝对平衡，故在工作时会引起机组的振动。当零件的自振频率和激振力频率合拍时会引起共振，使零件所受的动应力变大，引起零件的疲劳损坏。
火力发电厂是由炉，机，电三大部分和各自相应的辅助设备及系统组成的复杂的能源转换的动力厂。汽轮机主体主要包括：转动部分（动叶栅，叶轮，主轴，联轴器）、固定部分（气缸，蒸汽室，喷嘴，隔板，隔板套，汽封，轴承，机座等）和盘车装置。
汽轮机是发电厂的的原动机，它是把蒸汽的热能转化为大轴的机械能。通过锅炉与汽轮机之间的热力系统完成工质的汽水循环，热力系统包括凝汽冷却系统，回热加热系统、疏水系统以及补水系统等若干子系统，并利用各种热力设备来完成各自的功能。
2 汽轮机振动故障分析
机组转子受周期性的不平衡力产生受迫振动，产生不平衡力的原因很多。按力的性质可分为：不平衡离心力、发电机不平衡的电磁力、轴承油膜不平衡的作用力和蒸汽对转子作用的不平衡周向力。
引起汽轮机组异常振动主要有以下几个方面，汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。
汽流激振有两个主要特征，一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，且增大应该呈突发性，如负荷。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。
转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。
摩擦振动的特征，一是由于转子热弯曲将产生新的不平衡力。二是发生摩擦，摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。机组的振动不可避免，只要振幅不超过允许值，不影响安全运行。但轴承支撑刚度不足，可能使振幅放大，原来合格的振动变为不合格。
3 汽机振动的影响因素
轮发电机组振动的大小直接关系到机组能否安全运行，引起机组振动过大或者不正常的原因有很多，既有设计制造方面的原因，也有运行方面的原因，还有安装和检修等方面的原因，下面就这几个影响因素分别介绍。
3.1 设计制造方面
汽轮发电机转子是一个高速旋转的机械，如果转子的质心与旋转中心不重合则会因为转子的不平衡而产生一个离心力，这个离心力会对轴承产生一个激振力而使之引起机组振动，如果这个离心力过大，则机组的振动就会异常。所以，汽轮发电机转子在装配时每装配一级叶片都应该对该级叶片进行动平衡试验，整个转子装配完成后在出厂之前还应该对整个转子进行低速和高速动平衡，以确保转子的不平衡量在一个合格的范围内。
3.2 安装和检修方面
轴承的标高：不管是汽轮机还是发电机转子，其两端都是由轴承支撑的，如果两端的轴承标高不在设计要求的范围内，那么转子两端轴承的负荷分配就不合理。
轴承自身特性：轴承自身特性对机组振动的也会产生影响，主要包括轴瓦的紧力、顶隙和连接刚度等几个方面。
机组中心：严格来讲，机组中心应包括转子与汽缸或静子的同心度、支撑转子各轴承的标高、轴系连接的同心度和平直度。
滑销系统：滑销系统用于引导机组膨胀的，当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或者引起动静碰磨。由于膨胀受到限制而无法开机的现象在现场经常出现，因此在检修和安装期间应该对此引起高度重视。
动静间隙：汽轮机转子与汽缸和汽、轴封之间以及发电机转子与静子之间都存在间隙。
3.3 运行方面
机组膨胀：当滑销系统本身不存在问题时，如果运行人员操作不当，机组也会出现膨胀不畅的问题。当机组的暖机时间不够或者升速加负荷过快，则机组各部分的膨胀就不一样，这样一方面会产生热应力，减少机组的寿命；另一方面就会引起过大的膨胀差，从而影响机组的开机过程。当机组的膨胀不充分时，极易引起机组的动静碰磨而产生振动。
油温：油在轴瓦内形成的油膜如何又是影响转子稳定性的一个重要影响因素，油膜的形成除了与轴承乌金有关外，还有一个重要因素就是油油温，油油温应该在一个合理的范围内，过高过低都对油膜的形成不利。
4 常见的振动故障的诊断
4.1 转子质量不平衡
转子质量不平衡的一般特征：最关键的特征是稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个：原始不平衡；转动过程中的部件飞脱、松动；转子的热弯曲。其中原始不平衡是主要原因。
4.2 转子的弯曲
转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变化。转子热弯曲产生的原因：新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振动大的现象也会随之自行消失。
4.3 动静碰摩
随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。碰摩原因：转轴振动过大。
4.4 油膜失稳和汽流激振
这是一种自激振动。自激振动和强迫振动本质上的区别在于：自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相等。膜失稳和汽流激振
4.5 结构共振
汽轮发电机组的共振结构通常有三种形式：转子—支撑结构系统；转子—支撑—缸体结构系统；转子—支撑—台板结构系统。
另外还有构刚度不足、联轴器不对中、裂纹转子、断轴故障、转子中心孔进油、转子截面刚度不对称和水冲击等造成的震动。
5.1 汽轮机组振动处理实例
实例1：平圩电厂2号机（亚临界600MW）1999年8月22日首次启动冲转，发出异常振动。测得振动最大振幅：
实例2：1995年11月6日大修后启动，2040rpm暖机后，一切正常。2800rpm时7、8、9瓦振动上升，3、5、6、10、11瓦振动超限，后8瓦振动表指示到头，有金属声。立即打闸紧急停机。解体检查：盘车齿轮风罩脱落，盘车供油管被打断，OPC探头和胀差测量探头损坏。
实例3：设备简介
某发电有限责任公司2号汽轮发电机组，为东汽制造的200MW三缸两排汽采暖、凝汽两用式机组；该机组轴系较长，由高压转子、中压转子、低压转子、发电机转子和励磁机转子组成，各转子之间为刚性靠背轮联接，共有12个支持轴承及1个推力轴承。
5.2 振动特征
2013年11月4日～6日，在机组不停机的情况下，对#2机振动进行了测试，其间多次测到振动增大的过程，发现#2机振动呈现如下特征：
（1）异常振动主要表现在#1、#2瓦轴振，偏心测点振动最大大于450微米。
（2）通频振幅增大的主要成分是1倍频分量，占通频振幅的85%以上。
（3）振幅增大的同时，#1、#2瓦轴振相位有明显增加，最大变化量到500。
（4）振幅增加时，#2瓦轴颈相对轴承向上偏南移动约22～45微米，#1轴颈有类似的移动，移动量较小，偏心测点移动量最大；
5.3 引起振动原因分析
（1）排除汽流激振：目前，已经确切排除汽流激振的可能。汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷，且增大应该呈突发性；这两点#2机均不具备。
（2）排除转子热变形等：造成在高负荷工况下汽轮机转子以一倍频振幅为主缓慢增大通常还有两个原因：转子热变形和中心孔进油。#2机在正常带负荷运行中振动增大，整个转子和缸体的温度场已经均匀，如果存在内应力，应在这之前早已释放。
（3）对历史数据的分析：从历史数据反映，#2机自投运以来，振动状况一起不稳定，主要表现在#1、#2瓦，而且经常在1000rpm暖机时就呈现增大。
5.4 摩擦振动的故障特征和机理
（1）摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。关于处理方法，可以不考虑安排实施提高轴系稳定性的任何措施，如改瓦，调对中、标高等；不考虑实施消除汽流激振的措施。
（2）实际当中异常振动的防止和处理：一是精心安装和检修，保证质量（台板标高正确，接触良好；管道连接受力符合要求；保证机组膨胀自如，支撑刚度合格；消除叶片叶根松动；清除叶片积垢；转子找中心、隔板找中心和汽封间隙调整符合要求；调整轴承间隙和紧力符合要求，垫块接触合格；必要时进行高速动平衡）；二是严格按规程要求启动运行（机组冲转前按要求连续盘车直轴，使偏心率符合启动要求；控制油温、油压和凝汽器真空、排汽温度符合启动、运行要求；15%以下加强疏水，防止汽轮机进水或进冷汽；停机后连续盘车，至少要间断盘车；无法盘车，只有等待）。
6 结论
对转动机械来说，异常振动是汽轮发电机运转中缺陷，隐患的综合反映，是发生故障的信号。汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障，由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因。对生产运行来说，接收了振动符合标准的机组以后，还必须加强振动监督，对振动监测做到经常化、制度化，必须在机组振动突然增大达到规程规定值时，及时果断地将机组停运。在日常工作中要做到及时对比分析，查找原因，并采取措施防止设备损坏事故的发生。
参考文献：
[1]康松，杨建明，胥建群.汽轮机原理.北京.中国电力出版社.2000.
[2]杨晓蔚，周宇.滚动轴承重要性与技术含量纵论[J].轴承，2003（1）.
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