汽轮机异常振动分析及处理

摘要：本文浅析汽轮机异常振动的原因，对振动故障排除和监测进行了简要论述。

关键词：汽轮机；异常振动；故障排除；振动监测；汽流激振现象

中图分类号：TK26文献标识码： A

汽轮机振动幅度不能超过规定标准。任何一种异常振动都损坏设备。如轴系质量失去平衡（掉叶片、大轴弯曲、轴系中心变化、发电机转子内冷水路局部堵塞等）、动静磨擦、膨胀受阻、轴承磨损或轴承座松动，以及电磁力不平衡等都会造成振动增大，甚至强烈振动。振动超标必须查找原因，采取措施将振动降到合格范围内，才能投入正常运行。

一、汽轮机异常振动原因分析

汽轮机组异常振动是较为复杂故障。由于机组振动受多方影响，比如进汽参数、疏水、油温、油质、等等。因此，分析汽轮机异常振动的原因是维修汽轮机异常振动的关键。

二、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。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

三、在振动监测方面应做好的工作

目前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。运行中如发现机组振动异常时，应立即使用现场保管的振动表进行测试，如振动比上次测试结果增加了0.05mm时，应立即打闸停机。如振动增加虽未达到0.05mm，但振动异常时听到机组有响声（如掉叶片等），或机内声音异常时，也应停机进行检查。对一般的振动增大，也应向车间汇报，以便组织分析原因，采取措施。

四、结论

总之，机组振动测试结果是研究分析机组运行状况的重要技术依据。多年来，不少机组因振动大而拖延了投产期和检修期。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，对振动监测做到制度化、经常化，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，防止扩大损坏或对振动虽然增大，但尚未达到规程规定紧急停机数值的异常现象。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。

通过以上分析可知，事故是可以预防的，在实际工作中，应加强以下几方面的工作：

1、加强运行监测及巡视检查力度，提高值班人员责任意识。时刻注意温度、压力、油质、振动、位移、胀差、真空等参数变化情况，异常情况及时发现、及时分析、及时调整。

2、规范检修，严格把关，提高检修维护人员的质量意识。贯彻“应修必修、修必修好”的原则，确保每台设备都处于完好状态，性能可靠。

3、加强设备运行状态监测。借助科学仪器，对设备运行过程中的状态进行检测，及时发现隐形缺陷或故障苗头，把设备缺陷或故障消灭在萌芽状态。

4、加强培训，提高运行人员和检修人员的技术、业务水平，培养分析问题、解决问题的能力。

5、完善预案，提高在应急状态下的反应速度和处理问题的能力水平。

五、参考文献：

1、沈士一等，《汽轮机原理》，北京，水利电力出版社，1992

2、中华人民共和国电力行业标准。《电力建设施工及验收技术规范―汽轮机机组篇》，北京，水利电力出版社，1993

3、杨静，沈安德，《热工自动装置检修》，中国电力出版社，2007

4、C25-8.83/0.98-IV汽轮机使用说明书，武汉汽轮机股份有限公司，2007

作者简介：马永淮（1973－），男，山东济南章丘人，山东能源淄矿集团埠村煤矿电厂助理工程师。

马宝成（1986－），男，河南漯河人，山东能源淄矿集团埠村煤矿助理工程师。

于金海（1989－），男，山东济南章丘人，山东潍柴动力集团有限公司助理工程师。