汽輪發電機組振動的影響因素分析

潘樹穎

摘 要：汽輪發電機組在設計制造、安裝、檢修和運行幾個方面都有可能引起軸承的振動，并簡單介紹了汽輪發電機組的振動機理及影響因素。

關鍵詞：汽輪發電機組；振動；影響因素

汽輪發電機組軸承振動的大小直接關系到機組能否安全運行，而對于發電廠來說安全運行能帶來最大的經濟效益。引起汽輪發電機組軸承振動過大或者異常的原因有很多，既有設計制造方面的原因；也有運行方面的原因；還有安裝和檢修等方面的原因。下面就這幾個影響因素分別進行一個簡單的介紹。

1 設計制造方面

汽輪發電機轉子是一個高速旋轉的機械，如果轉子的質心與旋轉中心不重合則會因為轉子的不平衡而產生一個離心力，這個離心力會對軸承產生一個激振力而使之引起機組振動，如果這個離心力過大，則機組的振動就會異常。所以，汽輪發電機轉子在裝配時每裝配一級葉片都應該對該級葉片進行動平衡試驗，整個轉子裝配完成后在出廠之前還應該對整個轉子進行低速和高速動平衡，以確保轉子的不平衡量在一個合格的范圍內。例如，在設計階段機組支持軸承的選用也是非常重要的，如果軸承選取不當，也會因為軸承的穩定性較差，汽輪發電機轉子哪怕是極小的不平衡量也會引起機組較大的振動；軸承的油膜形成不好也極易誘發油膜振蕩而產生振動。

2 安裝和檢修方面

汽輪發電機組在安裝和檢修過程中的工藝質量對機組振動的影響非常大，根據對現場機組振動的分析，很多汽輪發電機組的軸承振動過大都是由于安裝和檢修不當引起的，或者說機組的振動很多時候都是可以通過安裝或檢修來解決的。針對現場的安裝和檢修情況，下面重點介紹對機組振動有明顯影響的幾個因素。

（一）軸承的標高。不管是汽輪機還是發電機轉子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標高不在設計要求的范圍內，那么轉子兩端軸承的負荷分配就不合理。負荷較輕的一邊，軸瓦內的油膜將會形成不好或者根本不能建立油膜，這樣就會誘發機組的自激振動、油膜振動和汽流激振等；而負荷較重的一邊，由于吃力太大，會引起軸瓦溫度升高，當軸瓦烏金溫度達到一定值時，很容易產生軸瓦烏金過熱現象，從而造成機組的振動。因為制造廠家提供的數據是根據機組冷態時的情況再綜合一般機組受熱后膨脹的情況得出的，由于各臺機組的實際情況不盡相同，因此受熱后的膨脹也不完全一樣，所以必須結合各廠的實際情況對機組軸承標高進行調整。

（二）軸承自身特性。軸承自身特性對機組振動的也會產生影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩定性，如果軸承的穩定性太差，在外界因素的影響下容易使機組振動超標。軸承的連接情況主要對軸承剛度產生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊。在現場，經常發現由于連接螺栓未擰緊而引起振動的現象。

（三）機組中心。嚴格來講，機組中心應包括轉子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉子各軸承的標高、軸系連接的同心度和平直度。關于軸承標高對機組振動的影響，前面已經講到。現重點介紹其它的兩個方面：如果轉子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。當轉子處于旋轉狀態時，軸系同心度和平直度會直接產生振動的激振力，引起機組的振動。

（四）滑銷系統。不論是汽輪機還是發電機，當機組帶負荷受熱后都要產生膨脹，但是不能讓其自由膨脹，滑銷系統就是用于引導機組膨脹的。當由于某種原因使滑銷系統卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，當機組的膨脹受到限制時就會引起機組較大的振動，嚴重時以至于不能開機或者引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。由于膨脹受到限制而無法開機的現象在現場經常出現，因此在檢修和安裝期間應該對此引起高度重視。

（五）動靜間隙。汽輪機轉子與汽缸和汽、軸封之間以及發電機轉子與靜子之間都存在間隙。當汽輪機轉子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機內效率會降低；當汽輪機與軸封之間的間隙過大時可能會引起蒸汽外漏或者空氣內漏，從而影響機組的效率和真空；當發電機轉子與靜子之間的間隙過大時同樣會影響發電機的效率。但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動靜碰磨，會使機組的振動超標。因此合理調整隔板汽封、端部汽封以及發電機轉子與靜子之間的間隙是非常重要的。

3 運行方面

如果在機組設計制造、安裝和檢修期間各方面都能保證質量，那機組就不會發生振動大而影響運行了嗎？答案是否定的，機組的振動除了與上面闡述的各方面因素有關外，還與機組的運行狀況存在很大的關系。

（一） 機組膨脹。前面已經講到，機組的滑銷系統對機組振動的影響情況，而機組的膨脹是受其滑銷系統制約的。當滑銷系統本身不存在問題時，如果運行人員操作不當，機組也會出現膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機過程中，當機組的暖機時間不夠或者升速加負荷過快，則機組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產生熱應力，減少機組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機組的開機過程。當機組的膨脹不充分時，極易引起機組的動靜碰磨而產生振動。

（二）潤滑油溫。軸頸在軸瓦內的穩定性如何決定了機組誘發振動的可能性有多大，當穩定性太差時，外界因素的變化很容易引起機組振動的產生。而潤滑油在軸瓦內形成的油膜如何又是影響轉子穩定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應該在一個合理的范圍內，過高過低都對油膜的形成不利。

（三）軸封進汽溫度。 每一軸封的進汽溫度都不一樣，在運行規程所允許的范圍內調整軸封進汽溫度會對機組的振動產生一定的影響。軸封進汽溫度對機組振動的影響主要表現為進汽溫度對軸承座標高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機組振動的影響機理在前面已經述及。

（四）機組真空和排汽缸溫度。機組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機組來說，排汽缸溫度的變化主要表現在對軸承座標高的影響上，所以會對機組的振動產生影響。

（五）發電機轉子電流。 當電流通過發電機轉子時會產生熱量，這部分熱量就要會使發電機轉子產生膨脹，當發電機轉子本身存在一定量的質量不平衡時，由于膨脹會使該不平衡量產生的力矩發生改變，從而引起機組的振動變化；當發電機轉子自身存在膨脹不均時，即使冷態情況下質量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產生動態的質量不平衡，而這一質量不平衡在發電機轉子恢復到冷態時也會隨之消失。

（六）斷葉片。當汽輪機發生斷葉片時，轉子的質量分布明顯發生改變，因此機組的振動會發生明顯的變化，這種情況在現場有時可能不會被察覺，因為振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現場大多數儀表只能監視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現象發生，除了在設計制造和安裝檢修期間采用適當的措施來保證外，運行中在增減機組負荷時應盡量平穩。

參考文獻

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