汽轮机异常振动的分析与排除

【摘 要】汽轮机作为发电系统的重要组成部分，其故障率的增大或者减少对于整个的系统都有着及其重要的意义。汽轮机异常振动是常见故障中比较难确定的一种故障，汽轮机的异常振动是机组安全稳定运行的重要隐患之一，如不能及时采取有效措施排除故障，必将造成设备损坏等故障。笔者结合多年现场运行经验，就汽轮机异常振动的分析与排除进行了简要的阐述和分析，供同行业参考。

【关键词】汽轮机；异常振动；排除

汽轮发电机组是高速旋转机械，在运行过程中振动是不可避免的，机组振动是汽轮发电机组运行状况优劣的重要标志之一，也是机组设计、制造、安装、检修质量的综合反映。

1.汽轮机异常振动

振动是指一种周期性的往复运动，处在高速旋转下的汽轮机在正常运行中总是存在着不同程度的振动。这里所讲的异常振动，是指对设备有危害，超出了允许范围的振动。振动故障一旦发生，将造成一系列不良后果，影响机组的运行和生产，严重的振动甚至会酿成整机的毁坏。

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，因此，针对汽轮机异常振动原因的分析尤为重要，只有查明原因才能对症维修。

2.汽轮机组常见异常振动的分析与排除

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、转子不平衡、摩擦振动等，以下进行详细的论述。

2.1汽流激振现象与故障排除

汽流激振类振动有以下特点：①汽轮发电机组的负荷超过某一负荷点，轴振动立即急剧增加；如果降负荷低于负荷点，振动立即迅速减小。②强烈振动的频率约等于或低于高压转子一阶临界转速。③汽流激振一般为正向涡动。④发生汽流激振的部位在高压转子或再热中压转子段。

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，气体在叶片末端膨胀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（一年以上）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，消除汽流激振。

2.2转子热变形导致的机组异常振动与故障排除

转子热变形引发的振动主要是在机组冷态启机定速后的阶段，发生原因主要是一倍频振幅的增加及转子温度，当定速后带负荷阶段，机组内转子温度逐渐升高，温度升高导致转子弯曲变形，进而引起机组发生异常振动，此外，当一倍频振动增大及蒸汽参数等因素发生变化时，也引起机组本身发生相位变化。转子弯曲变形分为两种，永久性弯曲和临时性弯曲，两者都会产生旋转矢量激振力，故障机理相同，转子两端因锥形运动引起工频振动，导致机组异常振动。另外，与不平衡转子动力特性不同的是，当转轴弯曲时，弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力两者会由于作用力相互抵消一部分导致转轴的振幅下降，转轴的振幅出现“凹谷”，因产生振动力这样就会引起机组异常振动。这类故障处理相对简单，如果异常振动明显，发现问题仔细检查后，及时更换新的转子即可。

2.3转子不平衡与故障排除

鉴于转子在转动的时候会产生离心力，如果转子在没有达到动平衡的情况下就运转，这样由于转子在某个方向不平衡引起振动，使机组发生异常振动影响运转。此类问题一般通过进行动平衡试验解决，通过往转子上加平衡块的方法使之达到动平衡。

2.4摩擦振动与故障排除

在机器运行的过程中，机组各部分之间会发生摩擦，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，这种摩擦产生的机组振动是不可避免的，一般对机组的影响不大，一般有严重影响的是指摩擦所带来的转子热弯曲。转子热弯曲主要发生在动静摩擦的时候，由于动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度不同，如此反复，重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，摩擦后会产生温差就会使转子发生弯曲变形，如上所述，转子发生弯曲变形进而导致机组异常振动，严重影响机器的正常运作。

如图，转子原来的不平衡为OA，振动高点为H，由于滞后角小于90°，振动高点H是摩重点，该点温度高于对面一侧，受热弯曲的影响在此方向产生一个热不平衡OH，OH与OA合成为一个新的不平衡OA1。OA1较原不平衡逆转了一个角度并且大于 OA，造成动静摩擦进一步加剧，形成恶性循环，转子弯曲越来越大，很可能造成大轴弯曲事故。这就要求在生产中要及时检查转子的工作情况，如果发现转子弯曲变形，一定及时更换，以免产生更大的隐患。

图1 低于临界转速的动静摩擦

2.5轴承间隙不合适及其他因素

当机器安装时如果轴承间隙不合适也会引起机组的异常振动。如果安装时轴承间隙过大，当机器运作时轴承振动不稳，扰动不均，进而发生机组异常振动明显，所以，为避免此类问题发生，在机器安装之初一定要严格按照标准，保证轴承间隙大小合乎标准。此外，其他一些因素，如汽轮机转子中心孔进油、进汽参数及油温、油质等都可能诱发机器异常振动，发生问题，一定要仔细检查，采取多个原因综合分析，出现问题及时解决，减少异常振动，确保机器正常运行。

3.汽轮机异常振动故障原因查询的几点建议

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。根据振动产生的集中原因，在查找振动主要来源时要注意下面几个要素：振动的频率是1X，2X，1/2X等。振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。振动的稳定性如何（指随转速、负荷、温度、励磁电流、时间等的变化）。根据振动特征与日常检测维修记录多方面分析，找出故障原因最终排除。另外对于一些原本设计上有通病的机组，要做好心理准备并牢记其故障点，一旦出现情况首先要检查设计缺陷部件。

4.结论

总之，必须加强振动监督，对振动监测做到制度化、经常化，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，采取措施防止设备损坏事故的发生。

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