汽轮机振动大的原因分析及其解决方法探究

摘要：为了保障城市经济的发展与居民用电的稳定，加强发电厂汽轮机组日常保养与维护，保障城市供电已经成为了火力发电厂维护部门的重要任务。文章就汽轮机异常振动的原因进行了分析与故障的排除，在振动监测方面应做的工作进行了简要的论述。

关键词：汽轮机 异常振动 故障排除 振动监测

1、汽轮机振动产生主要原因

一般来说，汽轮机的启停过程中产生的振动较大。汽轮发电机组在启停过程中，当转速达到临界转速时，机组出现剧烈振动，而超过这一转速后振动又减小，恢复正常。引起汽轮发电机组振动的原因很多，但是主要原因有制造水平不高、安装不够合理、检修和运行管理水平不高，而且它们之间又是相互影响的。具体原因如下。

1.1 由于机组在运行中中心不正而引起振动。

（1）汽轮机启动时，如暖机时间不够，升速或加负荷太快。将引起汽缸受热膨胀不均匀，或者调节系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，均会使汽缸对转子发生相对歪斜，机组产生不正常的位移，造成振动。

（2）机组在运行中若真空下降，将使排汽温度升高，后轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。

（3）机组大修后靠背轮安装不正确。中心没有找准确，因而运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加。

（4）机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行。将使其胀差和汽缸变形增加。如高压轴封向上抬起等。这样，会造成机组轴向位移超过允许限度，引起振动。

（5）间隙振荡。当转子因某种原因与汽缸不同心时，可能产生间隙振荡，也称为汽隙振荡。

1.2 由于转子质量不平衡而引起振动

（1）运行中叶片折断，脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢，使转子发生质量不平衡。如发电机转子绕组松动或不平衡等，均会使转子发生质量不平衡。由上述两个方面的原因，转子上出现质量不平衡时，则转子每转一周，就要受到一次不平衡质量所产生的离心力的冲击，这种离心力周期作用的结果，就是发生振动。

（2）转子发生弹性弯曲而引起振动。转子发生弯曲，即使不引起汽轮机动静部件之间的摩擦，也会引起振动，其振动特性和由于转子质量不平衡振动的情况类似，不同之处是这种振动显著地表现为轴向振动，尤其当通过临界转速时，其轴向振幅增大得更为显著。

（3）轴承油膜不稳定或受到破坏而引起振动。油膜不稳定或破坏，将会使轴瓦乌金很快烧毁，进而将引起因受热而使轴颈弯曲，以致造成剧烈的振动。

（4）汽轮机内部发生摩擦而引起振动。工作叶片和导向叶片相摩擦，以及通流部分轴向间隙不够或安装不当；隔板弯曲，叶片变形；推力轴承工作不正常或安置不当；轴颈或轴承乌金侧向间隙太小等等，均会引起摩擦，造成振动。

（5）水冲击而引起振动。当蒸汽中带水进入轮机内，发生水冲击时，将造成转子轴向推力增大和产生很大的不平衡扭力，使转子产生剧烈的振动，甚至烧毁推力

2、汽轮机组常见异常震动的分析与排除

引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面，汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。

2.1汽流激振现象与故障排除

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。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振；对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间的记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50T/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。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。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态，采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。

2.2转子热变形导致的机组异常振动特征、原因及排除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，大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。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。

2.3摩擦振动的特征、原因与排除

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，因此振动信号的主频仍为工频，但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量，有时波形存在“削顶”现象。二是发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。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。摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可瓦。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。

3、在振动监测方面应做好的工作

200MW 及以上的机组大都装设了轴系监控装置，对振动实施在线监控，给振动监测工作创造了良好的条件。其他中小型机组有的虽装有振动监测表，但准确度较差，要靠携带型振动表定期测试核对，有的机组仅靠推带振动表定期测试记录。对中小型机组的振动监测工作，一般都比较薄弱，不能坚持定期（每周、每10天等）测试或测试记录不全不完整等等，不利于有关振动规定的认真执行。因此，电厂应明确规定测试振动的周期，给汽机车间专业人员和运行现场配备较高精密度的振动表，并建立专业人员保存的和运行现场保存的振动测试登记簿，按规定周期测试并将测试结果记入登记簿。测试中发现振动比上次测试结果增大时，专业人员应及时向领导汇报，并分析振动增大原因，研究采取措施，必要时增加振动测试次数，以监测是否继续增大。

4、结语

汽轮机组的异常振动不仅危害机组，甚至会影响整个发电系统，造成无法正常供电。因此，我们要用科学合理的方法避免或减小异常振动。在接收机组之前，应该进行严格的测试机组振动情况。生产运行过程中，对振动检测要做到制度化、经常化，严格监控和控制机组的异常振动，对机组振动的原因要进行科学分析。

作者简介：唐永利（1979―），男 ，内蒙古赤峰人，本科，工程师，从事电厂生产技术管理工作。