汽輪機振動原因及預防對策

王開艷

山西潞安礦業集團公司五陽熱電廠，山西長治 046205

0 引言

五陽熱電廠2#汽輪機為次高壓、單缸、沖動凝汽式（帶非調整抽氣），汽輪機額定功率25mW，經濟功率為20mW，除非調整工業抽氣外，另帶5級不可調整的回熱抽氣。

1 改進處理前的振動情況

2#汽輪機的正常振動值范圍應在70μm以下，超過這個振動值，就屬于非正常運行狀態。2#汽輪機組有4個瓦，其中1W～4W的垂直振動長期處于偏高狀態，受這一因素的制約，使得2#機組只能小負荷運行。曾經就因一次振動達到報警值而停機兩天，嚴重影響了正常生產。表1為改進處理前某日的一個時間段振動值。

表1

我們從觀察中發現，可以看出2#機組嚴重超標，對機組的安全穩定運行造成了極大影響。

2 振動大的原因分析

從理論來講，一般引起機組振動增大的原因是多方面的，判斷異常的振動因素也是比較復雜的，但從形成原因方面來看可以分成3大類：一是結構方面的原因：即與機器設計、構造方面的缺點有關，這種原因是由制造廠帶來的，如果不從結構方面采取措施就不易消除；二是安裝方面的原因：即機器在組合裝配和現場安裝方面，工藝質量不達要求；三是運行方面的原因：即由機器不正確的運行操作造成或由機器操作過度磨損形成。

對于2#機軸瓦振動大這一長期困擾山西潞安礦業集團公司五陽熱電廠的生產難題，結合實際分析，最終認定主要有以下兩個方面原因：1）汽輪機轉子有葉片掉落，使得動靜之間發生摩擦；2）運行人員未嚴格按照運行規程監測機組的運行，尤其是啟機時對暖機的時間把握不到位，造成軸瓦振動大。

3 采取的處理措施和預防對策

因此我們在運行中，一是在檢修時重新對汽輪機轉子進行檢查并嚴格按照工藝安裝新葉片，避免動靜碰撞摩擦，在運行中我們要根據機組的結構特點及運行工況，合理地設計和調整各部位的動靜間隙；認真分析轉子和汽缸的膨脹特點和變化規律，在起動、停機和變工況時注意對脹差的控制和調整；在機組起停過程中，應嚴格控制上下缸溫差、蒸汽參數的變化、監視段壓力及軸的竄動。在運行中防止水沖擊，停機后嚴防汽缸進冷氣、冷水；起動前及升速過程中，應嚴格監視轉子晃度和振動，不得在超限增況下強行起動。二是必須加強對運行人員的崗位技能培訓，運行人員在上崗過程中，應嚴格按照運行規程認真監測汽輪機組的運行情況，定點定時對各瓦進行測振工作，及早發現問題，解決問題，尤其是啟機時對暖機時間一定要把握到位。

一般機組振動大的原因是多方面的，所以針對這些原因，我們很有必要來制定出一些預防措施來防止汽輪機在運行中軸瓦振動的增大。最主要的預防措施是，在每年的揭缸大修中，一定要注意以下幾方面的問題：1）轉子質量不平衡；2）轉子的彎曲；3）油膜失穩和氣流激振；4）結構剛度不足；5）聯軸器不對中；6）裂紋轉子；7）轉子中心孔進油；8）轉子截面剛度不對稱。

1）轉子質量不平衡。汽輪發電機組最常見的振動故障它能占到振動故障的80%左右。轉子質量不平衡產生的原因主要有：原始不平衡、轉動過程中的部件飛脫和松動。原始不平衡通常是在加工制造過程中造成的，也有可能是在檢修工作過程中質量不過關造成的。所以，針對這種情況，就要求老機組在每年的大修中一定要嚴把檢修質量關。轉動過程中的部件飛脫有可能是葉片、圍帶、拉金和平衡質量塊。而發生松動的部件可能有護環、轉子線圈、槽楔和聯軸器。這些部件的飛脫或松動都會造成汽輪機組的振動加大。所以在每年的大修中，一定要仔細檢查機組的內部組件是否松動和脫離，一旦發現，一定要及時處理；

2）轉子的彎曲。這里值得提出的是永久性彎曲，生產工作中一旦機組發生了永久性彎曲，將會使企業蒙受很大的經濟損失。當發生了永久性彎曲的時候，可直接用直軸處理的方法解決。在平時的運行工作中，我們也應采取以下措施，防止發生永久性彎曲事故。安裝方面：汽輪機安裝時，必須考慮熱狀態變化，合理調整動靜間隙，以保證在正常運行工況下不會發生動靜摩擦。運行方面注意事項：汽缸應具有良好的保溫條件，保證在正常起動和停機過程中不產生過大的上下部溫差；主蒸汽、再熱蒸汽及抽氣管道必須有完善的疏水系統。在停機后注意切斷與公用系統相連的各種水源，嚴防汽缸進水；運行中加強對機組振動的監視，及早發現動靜摩擦；在第一臨界轉速以下汽輪機軸承振動達到0.04mm時，必須打閘停機，不得盲目升速或降速暖機。起動前必須認真檢查主軸的晃度、上下缸溫差及沖轉參數，在沖轉條件不具備情況下，嚴禁起動；

3）油膜失穩和氣流激振。油膜失穩和氣流激振是一種自激振動。自激振動的出現與轉速或負荷密切相關。維持這種振動的能量來自于系統自身內部的某種機制。在實際的運行中，最常見的軸系動力失穩有：滑動軸承油膜失穩造成的半速渦動和油膜振蕩、氣流激振、轉軸材料內阻引起的不穩定振動、轉軸和套裝葉輪之間的內摩擦以及中心孔進油造成的振動等。因此，我們在生產工作中一定要嚴密監視機組的負荷與轉速，以便于判斷油膜失穩和氣流激振所帶來的振動故障；

4）結構剛度不足。結構剛度不足是指機組支撐結構剛度過低。這里所說的“剛度”，泛指轉子支撐-缸體-基礎整個系統的剛度。剛度不足多發生在低壓轉子。剛度不足不會成為機組振動的直接原因。在不平衡量很小的情況下，只要沒有發生動靜碰摩，即使支承剛度過低也不會出現振動問題；

5）聯軸器不對中。聯軸器不對中也是汽輪發電機組振動常見故障。聯軸器一般有3種不對中：平行不對中、角度不對中、綜合不對中。它們會給機組帶來下列后果：轉子連接處將產生兩倍頻作用的彎矩和剪切力；相鄰軸承將承受工頻徑向作用力。兩種力的作用都將使轉軸的軸承受力情況惡化，對結構和安全產生不利影響。因此，預防此種故障的最主要措施就是在大修中保證機組的安裝質量；

6）裂紋轉子.汽輪發電機組轉子出現裂紋的故障一般不多見。但這種故障一旦開始出現，對設備的威脅就會十分大。杜絕因裂紋轉子產生的振動故障，在大修的時候，檢修人員一定要仔細認真觀察轉子的表面光滑情況及時發現轉子的裂紋；

7）轉子中心孔進油。汽輪機轉子中心孔進油在現場時有發生。造成進油的原因通常有兩種可能，中心孔探傷后油沒有及時清理干凈，殘存在孔內；大軸端部堵頭不嚴，運轉起來后由于孔內外壓差使得潤滑油被逐漸吸入孔內。一旦確定振動是由中心孔進油所造成的，只有取下軸端堵頭，清理中心孔；

8）轉子截面剛度不對稱。汽輪發電機組軸系中可能出現截面剛度不對稱的是發電機轉子。在面對截面剛度不對稱導致的汽輪機組振動故障時，由于轉子兩個主軸方向剛度差別越大，1/2臨界轉速的響應峰值和兩倍頻激振力也越高。因此我們通常采取的措施是降低這個剛度差，通常在發電機轉子本體的大齒表面沿軸向銑出一定數量的圓弧形橫向月牙槽。槽深為轉子本體半徑的1/4～1/5。

4 改進后軸瓦振動情況

改進后，經過長期運行觀察，2#汽輪機組振動值處于正常范圍。表2為改進處理后某日的一個時間段振動值。

表2

從表2可以看出，改進處理后的振動值得到了大幅度的降低。說明采取的措施是有效的，目前2#汽輪機組軸瓦振動都在正常范圍內，沒有出現振動超標和振動保護報警現象，有效確保了機組安全穩定經濟運行。

5 結論

五陽熱電廠2#機組1W～4W振動大的問題最終得以解決處理，運行以來，效果也非常明顯，并且振動值也達到了合格的標準。但是，要想避免振動增大的情況再次發生，還得運行人員在以后的工作中謹遵運行規程，總結運行經驗，嚴密監視，及早發現問題解決問題。在每年的大修安裝工作中，檢修人員也一定要細心、認真做好每一步檢修工作，避免因為檢修質量不過關，而導致在以后的運行中出現大的停機事故。

[1]范紅艷.淺談引起汽輪機普通強迫振動的原因[J].黑龍江科技信息，2008(6).

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