汽輪機異常振動的分析與排除

【摘 要】汽輪機作為發電系統的重要組成部分，其故障率的增大或者減少對于整個的系統都有著及其重要的意義。汽輪機異常振動是常見故障中比較難確定的一種故障，汽輪機的異常振動是機組安全穩定運行的重要隱患之一，如不能及時采取有效措施排除故障，必將造成設備損壞等故障。筆者結合多年現場運行經驗，就汽輪機異常振動的分析與排除進行了簡要的闡述和分析，供同行業參考。

【關鍵詞】汽輪機；異常振動；排除

汽輪發電機組是高速旋轉機械，在運行過程中振動是不可避免的，機組振動是汽輪發電機組運行狀況優劣的重要標志之一，也是機組設計、制造、安裝、檢修質量的綜合反映。

1.汽輪機異常振動

振動是指一種周期性的往復運動，處在高速旋轉下的汽輪機在正常運行中總是存在著不同程度的振動。這里所講的異常振動，是指對設備有危害，超出了允許范圍的振動。振動故障一旦發生，將造成一系列不良后果，影響機組的運行和生產，嚴重的振動甚至會釀成整機的毀壞。

汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質都會是機組振動的原因，因此，針對汽輪機異常振動原因的分析尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。

2.汽輪機組常見異常振動的分析與排除

引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉子熱變形、轉子不平衡、摩擦振動等，以下進行詳細的論述。

2.1汽流激振現象與故障排除

汽流激振類振動有以下特點：①汽輪發電機組的負荷超過某一負荷點，軸振動立即急劇增加；如果降負荷低于負荷點，振動立即迅速減小。②強烈振動的頻率約等于或低于高壓轉子一階臨界轉速。③汽流激振一般為正向渦動。④發生汽流激振的部位在高壓轉子或再熱中壓轉子段。

其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片末端膨脹產生流道紊亂也可能發生汽流激振現象；軸封也可能發生汽流激振現象。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）記錄每次機組振動的數據，連同機組滿負荷時的數據記錄，做出成組曲線，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調速汽門重調特性，消除汽流激振。

2.2轉子熱變形導致的機組異常振動與故障排除

轉子熱變形引發的振動主要是在機組冷態啟機定速后的階段，發生原因主要是一倍頻振幅的增加及轉子溫度，當定速后帶負荷階段，機組內轉子溫度逐漸升高，溫度升高導致轉子彎曲變形，進而引起機組發生異常振動，此外，當一倍頻振動增大及蒸汽參數等因素發生變化時，也引起機組本身發生相位變化。轉子彎曲變形分為兩種，永久性彎曲和臨時性彎曲，兩者都會產生旋轉矢量激振力，故障機理相同，轉子兩端因錐形運動引起工頻振動，導致機組異常振動。另外，與不平衡轉子動力特性不同的是，當轉軸彎曲時，彎曲產生的彈力和轉子不平衡所產生的離心力兩者會由于作用力相互抵消一部分導致轉軸的振幅下降，轉軸的振幅出現“凹谷”，因產生振動力這樣就會引起機組異常振動。這類故障處理相對簡單，如果異常振動明顯，發現問題仔細檢查后，及時更換新的轉子即可。

2.3轉子不平衡與故障排除

鑒于轉子在轉動的時候會產生離心力，如果轉子在沒有達到動平衡的情況下就運轉，這樣由于轉子在某個方向不平衡引起振動，使機組發生異常振動影響運轉。此類問題一般通過進行動平衡試驗解決，通過往轉子上加平衡塊的方法使之達到動平衡。

2.4摩擦振動與故障排除

在機器運行的過程中，機組各部分之間會發生摩擦，摩擦可以產生抖動、渦動等現象，這種摩擦產生的機組振動是不可避免的，一般對機組的影響不大，一般有嚴重影響的是指摩擦所帶來的轉子熱彎曲。轉子熱彎曲主要發生在動靜摩擦的時候，由于動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度不同，如此反復，重摩擦側溫度高于輕摩擦側，摩擦后會產生溫差就會使轉子發生彎曲變形，如上所述，轉子發生彎曲變形進而導致機組異常振動，嚴重影響機器的正常運作。

如圖，轉子原來的不平衡為OA，振動高點為H，由于滯后角小于90°，振動高點H是摩重點，該點溫度高于對面一側，受熱彎曲的影響在此方向產生一個熱不平衡OH，OH與OA合成為一個新的不平衡OA1。OA1較原不平衡逆轉了一個角度并且大于 OA，造成動靜摩擦進一步加劇，形成惡性循環，轉子彎曲越來越大，很可能造成大軸彎曲事故。這就要求在生產中要及時檢查轉子的工作情況，如果發現轉子彎曲變形，一定及時更換，以免產生更大的隱患。

圖1 低于臨界轉速的動靜摩擦

2.5軸承間隙不合適及其他因素

當機器安裝時如果軸承間隙不合適也會引起機組的異常振動。如果安裝時軸承間隙過大，當機器運作時軸承振動不穩，擾動不均，進而發生機組異常振動明顯，所以，為避免此類問題發生，在機器安裝之初一定要嚴格按照標準，保證軸承間隙大小合乎標準。此外，其他一些因素，如汽輪機轉子中心孔進油、進汽參數及油溫、油質等都可能誘發機器異常振動，發生問題，一定要仔細檢查，采取多個原因綜合分析，出現問題及時解決，減少異常振動，確保機器正常運行。

3.汽輪機異常振動故障原因查詢的幾點建議

目前200MW及以上的機組大都裝設了軸系監控裝置，對振動實施在線監控，給振動監測工作創造了良好的條件。根據振動產生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關系。振動的穩定性如何（指隨轉速、負荷、溫度、勵磁電流、時間等的變化）。根據振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。另外對于一些原本設計上有通病的機組，要做好心理準備并牢記其故障點，一旦出現情況首先要檢查設計缺陷部件。

4.結論

總之，必須加強振動監督，對振動監測做到制度化、經常化，在機組振動突然增大達到規程規定值時，及時果斷地將機組停運，防止擴大損壞或對振動雖然增大，但尚未達到規程規定緊急停機數值的異常現象，及時對比分析，查找原因，采取措施防止設備損壞事故的發生。

【參考文獻】

[1]唐成全，孟凡玉，王建華，段志善.汽輪機異常振動的分析與排除[J].黑龍江科技信息，2011（01）：36-37.

[2]高向東，孫兆鳳.淺析發電機組異常振動的原因及解決辦法[J].黑龍江科技信息，2009（24）：149-150.

[3]王雪峰，秦萍，李東，武文萍，張亞磊，倪秋華，朱曉東.發電機后軸承異常振動的診斷處理[J].山西電力，2006（01）：51-52.

[4]陳敏紅，謝蓉，申弢，周宇陽，王曉放.基于圖形組態的汽輪機振動與故障設置仿真建模[J].燃氣輪機技術，2004（01）：111-112.

[5]成鋒華.對電廠汽輪機組異常振動的分析探討[J].城市建設理論研究，2012（16）.