浅析火电厂汽轮机振动原因及解决方法徐庆昶

浅析火电厂汽轮机振动原因及解决方法徐庆昶

徐庆昶

（内蒙古蒙东能源有限公司鄂温克发电厂内蒙古呼伦贝尔021000）

摘要：火电厂主要设备包括锅炉、汽轮机和发电机等，汽轮机组属于关键的组成设备，其工作运行和维护水平会对发电厂的安全运营带来很大的影响。由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，汽轮发电机组的故障率一直居高不下。一旦发生故障，其危害性很大，严重影响了发电机组的正常运行。随着现代社会对电力的依赖越来越多，汽轮机发电作为我国发电的主要形式，提高汽轮机运行维护水平，提高机组运行可靠性，是目前发电厂面临的当务之急。因此，作为发电厂汽轮机管理和技术人员，根据发电厂汽轮机以往常发生的故障，总结出故障修护的实际经验，不断提升汽轮机的维护技术和检修水平，对提高发电厂汽轮机组的可靠性和供电的稳定性有着重要影响。基于此，本文主要对火电厂汽轮机振动原因及解决方法进行分析探讨。

关键词：火电厂；汽轮机；振动原因；解决方法

1、前言

异常振动作为火电厂汽轮机的常见故障，会严重影响汽轮机以及整个发电机组的工作效率和工作质量的提高，进而会给火电厂带来经济损失，甚至导致整个供电系统的失常，影响社会公众正常的工作、生活。为了确保汽轮机运行的稳定性，必须要对导致汽轮机出现异常振动的原因进行研究，以此为依据探寻解决的方案。

2、汽轮机的工作原理

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，按热力特性分为凝汽式、供热式、背压式、抽气式和饱和蒸汽汽轮机等类型。火电厂汽轮机是利用煤、石油、天然气等作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是燃料在锅炉中燃烧加热水使其成为蒸汽，将蒸汽经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，然后依次流过一系列环形安装的喷嘴栅和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械能，通过联轴器驱动发电机发电。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机排汽部分排出，排汽至凝汽器凝结成水，再送至锅炉加热器加热成蒸汽，如此循环。

3、火电厂汽轮机异常振动概述

3.1汽轮机振动概念

火电厂汽轮机振动即设备的部件偏离其固定的平衡位置，进而导致物体相应的位能和动能随之变化，出现反复性的连续运动被称之为振动。根据冲击力的不同，可以将火电厂汽轮机的振动分为自由振动和受迫振动两种形式。可以用相位、频率、方向以及振幅对汽轮机振动的大小和幅度进行描述。火电厂汽轮机振动的相位即振动过程中振动信号最大值与转子某一点的相对位置。频率即汽轮机在特定时间内振动的次数。火电厂汽轮机的振动方向包括横向、轴向和扭转三个方向，根据汽轮机运行过程中振动的大小可以将其分为双向振幅和单向振幅两类。

3.2火电厂汽轮机异常振动的危害

如果汽轮机振动的幅度在规定的范围内，是不会对汽轮机的运行和火电厂的正常工作产生影响的，但是当汽轮机出现异常振动时将会对发电机组的安全性以及火电厂运行的经济效益产生巨大的负面影响。因而汽轮机振动也是火电厂机械设备检修的重要内容。火电厂汽轮机异常振动的危害主要表现在以下几个方面。首先，当汽轮机出现异常振动时，过大的振动幅度有可能导致机组之间连接部位的零件松动，增加了机组运转的安全隐患。其次，汽轮机振动过大还会增大机组支撑零件以及发电机部分的摩擦，给汽轮机的本体造成损害，导致汽轮机使用寿命的缩减。最后，汽轮机异常振动会导致火电厂发电效率和发电质量的降低，进而影响火电厂经济效益的提升。

4、汽轮机异常振动故障的判断方法

汽轮机是火电厂运行过程中的重要设备，对于实现火电厂生产活动的有序进行有着十分重要的意义。而在汽轮机设备的运行过程中，容易受到多种因素的影响而出现异常振动，而设备的异常振动很容易造成设备的损坏，严重的还会造成安全事故。因此，工作人员需要在汽轮机出现异常振动时及时判断振动出现的原因，并针对故障原因进行处理。一般来说，在火电厂汽轮机的振动故障原因判断中主要从振动频率、振动稳定性、振动相位变化以及相邻轴承的相位变化来作为判断依据。具体来说，汽轮机的振动频率主要有三种，分别为1X、2X以及1/2X，每一种振动频率对应不同的故障原因。而汽轮机异常振动的稳定性主要从振动现象的转速、负荷、励磁电流强度、汽轮机表面温度、异常振动的持续时间等参数来进行具体判断。而振动相位的判断主要是针对异常振动过程中振动相位是否发生变化以及变化的范围。相邻轴承相位的判断则是根据相邻轴承相位是出现相同或反相现象来进行判断。此外，还有由于汽轮机设计不合理导致的异常振动。针对这一原因导致的异常振动需要工作人员能够深入了解机组故障点，当出现故障时，需要第一时间判断是否是由于故障点产生的问题，如果故障问题与故障点有关，那么就需要及时对故障点进行处理。

5、火电厂汽轮机常见的异常振动故障

汽轮机作为火电厂发电系统的重要组成部分，其主要构造是有汽轮机的叶栅、叶轮、主轴、汽缸、蒸汽室、喷嘴室、机座等组成，工作原理是利用涡轮式机械装置将水蒸汽的热能转换成机械能从而带动发电机发电。汽轮机组具有运转平稳、单机功率大、工作效率高以及使用寿命长等优点。但是汽轮机经过长时间的使用不可避免的会出现一些故障。因此，需要根据汽轮机出现的异常振动现象制订出具有针对性的故障排查和维修工作。以下就对火电厂汽轮机常见的异常振动故障进行举例分析:

5.1油膜振荡

汽轮机的油膜振荡经常胡现在发电机组的启动升速过程中，此时汽轮机的油膜振荡是由于发电机转子在轴承油膜上高速旋转时，受到较大的载荷作用破坏其初始稳定性所造成的。当发电机转子在轴承油膜上稳定运行时，转轴是围绕轴线旋转的，一旦稳定性受到影响，轴颈旋转的线速度会相应增大，转子和轴承之间产生的摩擦损耗也会相应增加，此时轴系的临界转速将会降低，油膜的压力持续升高，从而引发汽轮机的油膜振荡，并且直接影响到汽轮机组的工作稳定性。当汽轮机产生油膜振荡时，振动随着转速的升高，振幅不会减小，当轴颈的转速持续增加时，半速涡动的振动频率也会随之增加，当振动频率增加大转子的第一临界转速的两倍时，涡动被共振放大，增幅也相应增大，从而导致转轴产生强烈的跳动。如果汽轮机发生油膜振荡的现象比较严重时，机组主轴的外露部分都会受到影响，而产生振荡。

5.2汽流激振

汽轮机组产生汽流激振的主要部位是高中压转子，产生的原因是由于蒸汽在汽轮机内流通膨胀时，除了会对高中压转子产生一个切向力的转矩外，还会产生由于高压端向低压端的轴向力，这样一来，高中压转子的叶片就会受到不平衡的汽流冲击，导致汽轮机转子产生汽流激振的故障。

5.3转子热弯曲

汽轮机组的转动部分统称为转子，它是汽轮机进行能量转换过程中主要部件之一。转子产生热弯曲变形产生的异常振动通常与转子的工作温度以及蒸汽参数有关。目前汽轮机转子的热弯曲故障大都发生在汽轮机组冷态起机定速后的带负荷运行阶段，此时转子不仅需要在高温工质中工作，并且由于高速旋转，叶片、叶轮以及主轴承受着由离心力所产生的巨大应力，因此极易产生弯曲形变。当转子发生热弯曲时如果不及时更换机件，还会引发摩擦振动等其它安全隐患。

5.4摩擦振动

汽轮机的摩擦振动通常是由于转动部分的叶栅、叶轮、主轴和联轴器等部件在长期运行的过程中，由于受到作用力以及在高温条件下发生热弯曲破坏了初始的平衡状态，从而产生异常振动，但此时汽轮机的振动信号的主频任然是工频。但是由于转子受到冲击以及其它非线性因素的影响，经常会出现一些分频、倍频以及高频分量，有时甚至还会产生波形的削顶现象。当汽轮机转子发生摩擦振动时，振动的频率和幅值同样具有波动的特性，如果摩擦振动的持续时间较长还会引发涡动现象。

6、分析找出汽轮机组异常振动原因并且

采取针对性的维护方式，是保证汽轮机组安全运行的关键所在。以下就对火电厂汽轮机常见异常振动故障的排查维修措施进行具体分析:

6.1油膜振荡的排查措施

由汽轮机组油膜振荡的故障原理可知，要想轴承和转子工作安全可靠，需要减小摩擦力，使用压力、湿度符合标准的润滑油，以及降低润滑动力粘度，因为润滑油粘度越大，油膜的承载力就会相应正大，但是如果一味的增加润滑油的粘度就会破坏油的均匀分布，反而增加了摩擦力。此外还可以通过减小轴瓦顶部间隙或者增大上轴瓦轴承合金的宽度以及减小轴颈与轴瓦之间的接触角等方法来排除油膜振荡的故障。

6.2汽流激振的排查措施

针对汽轮机组气流激振的故障原理，在进行排查和维修的过程中首先爱需要对转子进行动平衡的校验，是转子的质量心与旋转中心保持一致。在进行日常检查时，相关技术人员必须做好汽轮机组转子的振动数据记录，连同机组满负荷时的振动数据，做出转子的振动曲线，观察曲线变化情况是否存在异常。

6.3转子热弯曲的排查措施

汽轮机的转子主要是在蒸汽区进行工作，因此热弯曲是常见的故障现象，在设计之初应该使用耐腐蚀以及耐高温高压的材料制作。如果一旦发现汽轮机转子产生热弯曲的现象，唯一的解决办法就是更换新的转子消除汽轮机组的异常振动故障。

6.4摩擦振动的排查措施

由于汽轮机租转子的而工作条件十分复杂，除了需要承受高速旋转和汽流作用力外，还因为高温、潮湿、高压环境的腐蚀，所以直接影响着转子的安全运行，需要特别重视维护和保养工作。确保能在第一时间发现异常并且采取相应的补救措施对产生摩擦振动的机件进行更换或者维修，避免因摩擦振动引起整个汽轮机组的运行故障。总之，火电厂汽轮发电机组的异常振动是常见故障之一，导致振动产生的因素也是多方面并且十分复杂的。因此，当汽轮机组发生异常振动时，需要根据不同的振动现象，找出产生异常振动的波动特性相位是否存在异常或者是否破坏了初始平衡状态，然后再根据分析原因制定故障的检修工作。

7、结语

汽轮机运行过程中发生常见的故障是不可避免的，但是可以通过易损部件定期更换、定期清洗，故障点定期检查等方式来减少故障的发生。这就要求汽轮机技术部门要采用先进的管理手段，对汽轮机常见故障点进行统计，对故障原因、故障解决方法进行归类总结，在出现故障时可以快速进行定位，及时排除故障。此外，在对汽轮机检修时，一定要注意养成良好的检修习惯，正确地使用检修器具，熟练地掌握检修技术，尽可能地缩短检修时间，不断地从发生的故障中总结经验。

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