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，其故障率的減少對于整個系統都有重要的意義。汽輪機異常振動是發電廠常見故障中比較難確定故障原因的一種故障。針對這樣的情況，加強汽輪機異常振動分析，為發電企業維修部門提供基礎分析就顯得極為重要。文中就汽輪機異常振動的分析與排除進行了簡要的分析。

【關鍵詞】汽輪機；異常振動；分析；排除

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和方向的振動。對于振動，我們希望它愈小愈好，對設備的危害不大，因而是允許的。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。

1.汽輪機異常振動原因分析

汽輪機組擔負著火力發電企業發電任務的重點。由于運行時間長，關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障長出現，這嚴重影響了發電機組的正常運行。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振動的原因，比如進汽參數、疏水、油溫、油質等等。因此，針對汽輪機異常振動原因的分析就顯得尤為重要，只有查實原因才能對癥維修。針對導致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關鍵。

2.汽輪機組常見異常振動的分析與排除

引起汽輪機異常振動的主要原因有以下幾個方面：油膜震蕩、汽流激振、轉子熱變形等，針對這三個方面以下進行了詳細的論述。

2.1油膜震蕩

油膜自激震蕩是由于汽輪發電機轉子在軸承油膜上高速旋轉時，喪失穩定性的結果。穩定時，轉軸是圍繞軸線旋轉的。當失穩后，一方面轉軸圍繞其軸線旋轉，另一方面該軸線本身還圍繞平衡點渦動。軸線的渦動頻率總保持大約等于轉子轉速的一半，故又稱半速渦動。當半速渦動的渦動速度同轉子的臨界轉速相重合時，半速渦動被共振放大，就表現為激烈的振動。

油膜振動具有下列特征：

（1）油膜震蕩一經發生，振幅便很快的增加，使機組產生激烈振動。這種振動隨著轉速的升高，振幅并不減小。失穩而半速渦動可能較早，而油膜震蕩則總是在2倍于第一臨界轉速之后出現。

（2）油膜震蕩時，振動的主頻率約等于發電機的一階臨界轉速，且不隨轉速升高而改變。

（3）發生油膜震蕩時，振幅將不只是于轉速一致的工頻振動，而且還有低頻分量。

（4）發生油膜震蕩的軸承，頂軸油壓也發生劇烈擺動，軸承內有明顯的金屬撞擊聲。

（5）油膜震蕩嚴重時，仔細觀察可以看到主軸的外露部分在顫動。

在機組出現油膜震蕩時，可采用下述措施排除：

1）增加軸瓦比壓。

2）減小軸瓦頂部間隙或增大上軸瓦軸承合金的寬度。

3）減小軸頸與軸瓦的接觸角，一般可減小至30°～40°。

4）降低潤滑油動力粘度。例如提高油溫或選用粘度較小的潤滑油等。

5）用平衡的方法將轉子原有不平衡分量降得很少。

2.2汽流激振

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。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避免汽流激振。

2.3轉子熱彎曲

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起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。與質量偏心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，即在某一轉速下，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平衡量時，振幅的減小發生在臨界轉速以下；當彎曲的作用大于不平衡量時，振幅的減小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.汽輪機異常振動故障原因查詢的幾點建議

汽輪發電機組振動異常是運行中最常見的故障之一，其發生的原因是多方面的，也是十分復雜的。它與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關系。發生異常振動時，建議從以下幾方面分析判斷。

3.1振動的頻率是1X、2X、1/2X等，振動的相位是否有變化及相鄰相位的關系

例如汽輪機轉子質量不平衡會有下列現象：升速時振動與轉速的二次方成正比，轉速高振動大，振動的頻率主要是1X，振動的相位一般不變化及相鄰相位出現相同或相反，且重復性好。

3.2與負荷的關系

增減負荷時振動的變化情況。例如在負荷改變后的一段時間，振動隨時間的加長而加大（即在每一負荷下穩定一定時間后所測得的振動值與第一次所測得的振動值有較明顯變化）。這表明振動與汽輪機的熱狀態有關，其可能原因有：滑銷系統不良；基礎不均勻的下沉；主蒸汽管路布置不當，在熱膨脹時汽缸施加了作用力；其他不正常的熱變形引起機組中心線發生變化等。

4.結論

汽輪機異常振動是汽輪機運行中不可避免的故障，同時也是較為常見的故障。在進行此類故障排除時，不能急于拆解機組，首先要根據故障特征進行故障分析，確定故障點后查看機組維修記錄，確認故障點零部件情況，確認后再進行拆解。因此，在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外注意。許多情況需要維護人員長期積累的經驗來判斷，加強企業汽輪機維護人員培訓，提高維護人員素質及專業技能是提高汽輪機故障排除效率的最佳途徑。 [科]

【參考文獻】

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