發電廠汽輪機異常振動的分析及排除

摘 要：隨著人們對電能的重視程度越來越高，發電廠的正常運轉已成為具有非常重要意義的一件事。發電廠是保證電能正常供應的前提條件，汽輪機是發電系統的重要組成部分，其正常的運轉也是保證發電系統穩定運行的基礎。但在汽輪機的運轉過程當中，會因多種因素的影響，從而導致故障的發生，因此，我們應該對汽輪機的故障予以重視，從而保證整個發電系統的正常運行。本文分析了汽輪機振動的危害性，并對汽輪機異常振動的原因進行了分析，同時進一步闡述了異常振動的排除方法。

關鍵詞：發電廠；汽輪機；異常振動

發電廠的汽輪機長時間處于不停的運轉狀態，其設備自身的壽命周期及運轉過程中所產生的磨損，將會直接影響汽輪機的正常運行，在汽輪機實際工作中，其故障率是很難避免的，經過長時間的實踐經驗分析，汽輪機的異常振動是較為經常發生的故障之一，汽輪機產生的振動通常會受多種因素的影響，所以想要根據異常振動來分析其故障原因較為困難，異常振動也是汽輪機故障中較為復雜的一種，所以在汽輪機實際運行當中，應對其振動的原因進行有效的分析，并針對振動的原因查明故障所在，及時進行維修處理，以保證汽輪機的正常運轉及電力的正常供應。

1 汽輪機振動的危害

1.1 機組經濟性降低

汽輪機屬于熱能動力機械，其發電機組所產生的熱經濟性越高，則會使電廠的效率提高，因此，提高汽輪機組的熱經濟性已面為當前電力部門的重要課題之一，汽輪機在工作當中，汽封間隙小則會提高機組的熱經濟性，反之，則會降低機組的熱經濟性，但其汽封間隙的大小直接取決于機組的振動情況，如果振動過大，則會使汽封間隙過大，從而導致機組的熱經濟性降低。

1.2 使機組動靜部分及支撐部件產生損壞

機組由若干個不同的部件組成，如端部的軸封、隔板汽封、葉片、圍帶、葉輪、軸瓦等，一旦機組發生強烈的振動，則會導致部分的部件受損，嚴重時會直接碎裂，導致停機事故發生。

1.3 使各連接部件松動

機組發生過大振動，使機組相連接的軸承、軸承座、主油泵、蝸輪、蝸桿、活動式聯軸器、凝汽器及發電機冷卻器的管道等發生共振，引起法蘭連接螺栓振動，地腳螺栓斷裂，從而造成重大事故。

1.4 直接或間接造成設備事故

汽輪機組如果振動過大時，則會導致機組上的一些儀表的工作無法正常工作，在振動下發生誤動作，導致停機事故的發生。同時發電機的鐵芯也會在振動下導致絕緣受到破壞，從而在發動機運行時引起鐵芯溫度過高而導致燒毀，或是繞組之間在沒有絕緣的情況下發生短路。

2 汽輪機異常振動原因分析

目前在現代化的石燃料電站或是核電站中，多數都采用汽輪機組來作為發電機組，其發電量占總發電量的絕大部分，所以在發電廠，汽輪機擔負著重要的發電任務，其正常運行具有十分重要的意義。但在汽輪機運行過程中，其發生異常振動的故障率較高，對引起異常振動的原因較多，如某個機體上的部件的損壞、油溫、油質等都會導致汽輪機發生異常振動，因此，只能針對汽輪機發生異常振動時的原因進行分析，從而對癥下藥。

3 汽輪機組常見異常震動的分析與排除

3.1 汽流激振現象與故障排除

汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數的影響明顯，如負荷，且增大應該呈突發性。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，氣體在葉片膨脹末端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，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從5T/h到50/h的給水量逐一變化的過程，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，消除氣流激振。

3.2 轉子熱變形導致的機組異常振動特征、原因及排除

轉子熱變形引發的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸汽參數有密切關系，大都發生在機組冷態啟機定速后帶負荷階段，此時轉子溫度逐漸升高，材質內應力釋放引起轉子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉子彎曲變形而導致機組異常振動。轉子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉子質量偏心類似，因而都會產生與質量偏心類似的旋轉矢量激振力。與質心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產生錐形運動，因而在軸向還會產生較大的工頻振動。另外，轉軸彎曲時，由于彎曲產生的彈力和轉子不平衡所產生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉軸的振幅在某個轉速下會有所減小，即在某個轉速上，轉軸的振幅會產生一個“凹谷”，這點與不平衡轉子動力特性有所不同。當彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發生在臨界轉速以下；當彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發生在臨界轉速以上。針對轉子熱變形的故障處理就是更換新的轉子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產生機組也就不會出現異常振動。

3.3 摩擦振動的特征、原因與排除

摩擦振動的特征：一是由于轉子熱彎曲將產生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到沖擊和一些非線性因數的影響，可能會出現少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現象。二是發生摩擦時，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉子來講，摩擦可以產生抖動、渦動等現象，但實際有影響的主要是轉子熱彎曲。動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側溫度高于輕摩擦側，導致轉子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉子熱彎曲，產生一個新的不平衡力作用到轉子上引起振動。

4 關于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析

生產中經常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。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、等的變化是否變化）。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。

5 結語

目前電力系統已成為國民經濟的重要支柱，其供應的電能已成為經濟發展和居民用電穩定性的重要保障。因此做好汽輪機組的日常保養和維護是十分重要的，汽輪機屬于轉動機械，其發生微小的振動是不可避免的，但如果振幅超過規定的標準則屬于異常振動，應針對引起故障的原因進行排除，要不然則會導致機組的其他零部件松動或是損壞，從而形成惡性循環，加快設備損壞的程度，因此要采取措施將振動降到合格的范圍之內，保證汽輪機的穩定運行。

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