關于汽輪機組異常振動的分析

李治中　張曉慧

摘 要：汽輪發電機是電廠的主要設備之一，其安全穩定的運行是電廠正常運行的基礎。但汽輪機在運行過程中也會經常性的發生一些常見的故障，如果不能及時發現和處理，則會導致故障擴大，影響發電機的正常運行。特別是汽輪發電機異常振動故障，導致其故障發生的原因較多，這就需要檢修部門需要做發電機的檢修和維護工作，能夠準確的對振動故障進行處理，從而確保汽輪發電機運行的安全性，確保發電機組能夠發揮出最大的效益。本文從汽輪機組振動的分類入手，分析了汽輪機異常振動故障原因查詢步驟，并進一步對汽輪機常見異常故障的分析和排除進行了具體的闡述。

關鍵詞：汽輪機；振動；故障；排除

振動是發電機組運行時的正常狀態，由于汽輪機一旦高速旋轉時，必然會有振動產生，但如果振動超出了標準允許的范圍，則屬于異常振動，這就不是運行的正常狀態了，而是一個故障的體現。所以通過汽輪機機組振動的情況可以直接反映出汽輪機機組運狀況的好壞，同時根據汽輪機振動情況也可以對機組設計、制造、安裝和檢修質量進行綜合的反映。當汽輪機發生振動故障時，往往會導致一些不良后果產生，使汽輪機正常的運行和生產受到較大的影響，甚至會導致汽輪機整體發生毀壞的情況。因為一旦異常振動，機組內的零部件則會受到較大的動應力，極易導致零部件疲勞和損壞的情況發生，而且在異常振動時機組內的螺栓和螺帽也容易松懈，引發蒸汽泄漏的情況發生。極易導致動靜摩擦的產生，使軸承受到較大的磨損，嚴重時還會導致主軸彎曲。所以正常對于新安裝和新檢修的機組，則需要經過試運行合格后，才能投入正常的運行狀態。

1 汽輪機組振動的分類

目前機組軸系的彎曲振動發生的較為頻繁，主要以強迫振動和自激振動為主。通常情況下強迫振動是汽輪機運行時不可避免的振動，因為當機械旋轉時外力作用下出現振動是正常的，所以通常情況下不屬于異常振動，但當外力作用力較大時，特別是外力與旋轉中的機械某一頻率相當時，則振動會超出規定的標準限值，發生異常振動。而在汽輪機正常運行時，通常情況下是不會發生自激振動的，這種振動的發生與實際的外力作用是無關的，通常情況下以軸瓦自激振動、蒸汽激振和摩擦渦動為主，所以其屬于異常振動，一旦自激振動發生，則需要及時進行處理，采取有效的措施將其控制和消除，以免導致故障擴大，帶來較大的損失。

2 汽輪機異常振動故障原因查詢步驟

在汽輪機運行過程中，發生振動是較為常見的事情，由于引發振動的原因較多，所以需要針對具體的引發振動的原因進行觀察，在汽輪機振動時需要注意振動的頻率、振動的相位和軸承相位的變化、振動的穩定性、重復性等，及時記下這些振動特征，以便在維修時進行分析，并找出故障原因。同時還有一些汽輪機組由于在設計上就存在著缺陷，所以維修人員就需要對其故障點進行準確的掌握，當出現異常振動情況發生時，則需要首先考慮缺陷設計部件是否是引發故障的原因。

3 汽輪機組常見異常震動的分析與排除

通過對汽輪機運行過程中導致異常振動的情況分析表明，振動多是由汽流激振、轉子熱變形和摩擦振動所產生的，所以需要對這三個方面的主要特征和故障排除進行具體的分析，以便確保汽輪機運行的穩定性。

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汽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。簡單的說就是確定機組產生汽流激振的工作狀態，采用減低負荷變化率和避開產生汽流激振的負荷范圍的方式來避免汽流激振的產生。

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

摩擦振動的特征：

一是以工頻振動信號為其主頻信號，但在轉子熱彎曲時有新的不平衡力產生，但由于會受到沖擊和非線性因素的影響，所以還會有分頻、倍頻、高頻分量出現，部分時候其波形還會有“削頂“的情況發生。

二是在摩擦振動發生時，由于其在發生振動時的幅值和相位的波動特性還是存在的，而且會有較長的持續時間，而一旦摩擦加大時，則幅值和相位則不會再發生波動，這時幅值增大的速度則會非常快速。

三是一旦減速時，則會在過臨界時產生的振動要大于正常升速時的情況，而當停機后轉子靜止時，再對大軸的晃度進行測量，則會發現其要比原始值有較大的增加。

摩擦振動的原因：

導致摩擦振動產生的主要原因并不是由于摩擦而導致的拌動和渦動現象，而是由于動靜摩擦時各點所受摩擦程度不同，這樣輕重摩擦處的溫度也會有所不同，這樣就會導致轉止截面上呈現不均勻的溫度，這樣在局部溫度較高時，則會導致轉子熱彎曲的產生，從而會有一個新的不平衡力作用上轉子上，從而引發振動。

4 結束語

運行中的汽輪機發生異常振動是不可避免的，屬于常見故障之一，所以當發現汽輪機異常振動發生時，則不要急于進行拆機處理，需要對故障的特征進行觀察，對故障點進行確定后，查看維修記錄，從而對故障點的零部件更換及檢修情況進行了解，通常情況下，維護和保養不久時，零部件發生故障的幾率較小，則需要排除零部件故障，考慮其他因素的影響。對于汽輪機異常振動故障的防范，需要加強日常的監督和檢測，使其做到常態化，及時發現機組運行異常的情況，及時進行停動，從而避免損害的擴大。

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