淺析汽輪機典型振動現象

王曉臻

摘 要：引起汽輪機振動的原因繁多，近年來，隨著大容量火力發電機組的大量投運，汽輪機的制造、安裝水平不斷提高，以往一些引起汽輪機振動的原因逐漸突顯出來。實際生產中，結合現有資料，綜合分析振動現象和檢修信息，找出大致規律，采取運行調整措施，部分振動問題能得到有效控制。

關鍵詞：汽輪機；振動；分析

引言

大型燃煤火電廠用汽輪機主要分為帶動發電機旋轉的主汽輪機（簡稱大機），和帶動汽動給水泵運行的小汽輪機（簡稱小機）。大小機原理相同，但類型不同，運行轉速不同，同樣作為高速轉機，都會遇到不同類型的振動問題，文章總結某電廠自調試以來遇到的多起不同原因引起的大小機振動問題，通過現象淺析原因，對其它機組有借鑒意義。

1 大機高中壓轉子振動

主要現象為大機在額定主蒸汽壓力工況，當負荷高于某一較高數值時，高中壓轉子兩端的#1、2軸振出現不穩定波動，振幅多次超過報警值，并且振動以低頻為主。針對此情況，現場通過緩慢調整改變高壓調節閥進汽順序，軸振動幅值重新回到正常范圍。但由于閥序的改變，蒸汽對轉子的作用力發生變化，導致#1、2軸承金屬溫度大幅升高，但在滿負荷時仍在可控范圍內。閥序改變前后數據詳見表1。

類似這種隨機波動及振動以低頻為主的特點，根據轉子動力學分析判斷，此類振動屬于蒸汽激勵振動[1]。調節閥的進汽順序和開啟大小是可能導致蒸汽激勵振動的一個重要原因，其它原因還包括軸系膨脹不均或受力不均等。

對出現上述振動情況的機組，采取調整高壓調閥進汽順序是成本較低的一種方法，但要綜合考慮調整過后對軸承受力和低壓軸系的影響，要想徹底解決此類問題，還要從設計入手，從源頭抓起，改進軸系穩定性設計，減小或消除蒸汽激振力，提高軸系穩定性。

2 大機#6軸承振動

此類振動表現為低壓轉子#6軸承在穩定運行或帶負荷過程出現振動爬升現象，而且與真空、低壓軸封溫度、油溫有較強的關聯性，低真空度能使振動有所好轉。就座缸式軸承的特點來說，#6軸承振動不穩定與低壓臺板面的安裝狀態有很大關系，臺板面安裝質量不好會導致熱態下臺板面產生間隙，從而導致連接剛度的下降，進而導致軸承箱整體支撐剛度的下降，受低壓缸高真空度的作用，缸體容易產生變形。如果變形量過大，則引發低壓轉子端部軸封段動靜碰摩，導致低壓轉子振動爬升和劇烈波動。這種情況下的振動屬于普通強迫振動。按設計要求調整#6軸承箱附件臺板面安裝狀態是根本解決之道。在機組運行狀態下，適當降低機組真空度，對振動具有很大程度緩和作用，但降低了機組經濟性。適當升高潤滑油溫度，增加油膜剛度也是可采取的措施之一。

3 轉子不對中引起的振動

聯軸器是連接不同轉子使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械設備，對存在聯軸器螺栓緊力不足或螺孔間隙偏大隱患的機組，當負荷帶到某一數值（即軸系扭矩增加到一定值）時，聯軸器會發生相互錯位，使軸系對中狀態發生變化，聯軸器連接的轉子振動響應（幅值、相位）會發生突變（此類型振動現象與轉子掉葉片現象有相同之處，都屬于突發振動）。運行中發生不對中引起的振動具有突發性，一倍頻，發生在某一負荷點，相鄰軸承振動變化可能反相等特點。

此類振動如果發生在小機上，比較典型的現象是，非臨界轉速情況下，當達到某一轉速時，振動突增，當高于這一轉速時，振動又出現較快下降。通過停運小機，重新找中，問題得到根本解決。

4 動靜碰磨引起的振動

因節能降耗的要求，大部分電廠為降低機組熱耗，在檢修中往往把大小機軸封、汽封間隙調整至較小，因此在檢修后啟動時機組發生輕微動靜碰摩成為近幾年來較常見故障。此種情況下的振動現象通常表現為轉速不變，振動副值逐漸爬升，振動頻譜始終以一倍頻為主，且停機降速過程的振動比升速過程大很多，是典型的摩擦振動[2]。

當上述情況都吻合時，在運行中應注意各項參數不要大幅度劇烈變化，如果振動有爬升現象，應注意檢查運行參數是否有異（蒸汽溫度，真空、軸封溫度等），在振動增大到一定程度后，可考慮降負荷、降轉速，直至停運。待轉子冷卻一定時間后再次啟動，緩慢升轉速，保持在某一轉速數小時甚至數十小時，使碰磨部位自行磨損。實際現場遇到這種情況，需要全面分析、對故障的準確判斷，必須防止過大的振動造成大軸彎曲，嚴重的碰磨，必須揭缸消除碰磨接觸部位。在振動較大且仍快速增大時，應按照規程迅速采取必要措施，防止事故發生。

5 油膜渦動

渦動是轉子在作高速旋轉的同時，還環繞軸瓦某一中心作公轉運動。如果轉子主要是由于油膜力的激勵作用而引起渦動，則轉子軸頸的渦動角速度將接近轉速的一半，故有時也稱之為“半速渦動”。通過頻譜可以看出此類振動發生時主要是0.5倍頻分量大幅升高，基頻分量基本不變。如果轉速升高到第一臨界轉速的2倍以上時，半速渦動頻率就有可能達到第一臨界轉速，此時會發生共振，造成振幅突增，半頻諧波振幅值增大到接近或超過基頻振幅。

油膜渦動的起始失穩轉速與轉子的載荷有關[3]，輕載轉子在第一臨界轉速之前就可能發生不穩定的半速渦動，但振幅相對較小；當轉速達到第一臨界轉速時，轉子由于共振而有較大的振幅；越過第一臨界轉速后振幅再次減少。對于重載轉子，轉子的穩定性較好，低轉速時并不存在半速渦動現象，甚至轉速達到兩倍的第一臨界轉速時，也不會立即發生很大的振動，當轉速達到兩倍的第一臨界轉速之后的某一轉速時，才發生突振。

某廠1A汽泵組在檢修后滿負荷運行時發生的突發性周期振動就屬于這類振動，具體現象為機組滿負荷600MW時，1A汽泵泵體端振動突然上升一倍，持續十幾秒到兩分鐘后，未經任何調整，自動恢復正常。通過檢查TDM系統1A汽泵振動頻譜圖，發現#4軸承振動突升時，4X通頻值73.1μm，此時1倍頻為22μm，2倍頻為1.0μm，0.5倍頻為4.9μm，0.6倍頻為53.0μm；4Y通頻值41.0μm， 1倍頻為9.2μm，2倍頻為0.5μm，0.5倍頻為3.8μm，0.6倍頻為30.1μm。據此基本可以判斷軸瓦出現了油膜渦動引起的自激振動，振動尚能收斂，振動最大值80μm左右。振動趨勢如圖1所示。

圖1 1A汽泵油膜渦動趨勢

在處理上，一方面通過提高潤滑油溫度緩解油膜渦動，延長振動周期，另一方面利用夜間停泵，調整軸瓦間隙，增加軸承承載能力，該振動現象得到根本解決。

6 結束語

汽輪機的振動研究涉及知識面廣，系統分析計算復雜，相同的振動現象也有可能是多種因素共同作用的結果。實際現場環境，作為技術人員，除了對各類信息的綜合判斷，還要心懷敬畏。通過對五類汽輪機振動現象的描述，分析振動原因和解決方法，為同類型機組振動問題提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]袁惠群.轉子動力學基礎[M].冶金工業出版社，2013.

[2]丁千，陳予恕.汽輪發電機組摩擦振動研究現狀[J].汽輪機技術，2005（5）：321-323.

[3]張煜.汽輪發電機組油膜失穩故障分析及診斷方法研究[D].北京：華北電力大學，2012.