汽轮机异常振动的原因分析与对策于存河

汽轮机异常振动的原因分析与对策于存河

于存河

（同煤大唐塔山第二发电有限责任公司山西大同036011）

摘要：对旋转设备而言，绝大多数设备故障都是与机械运动或设备振动相密切联系的，振动状态监测具有直接、实时和故障类型覆盖范围广的特点。因此，振动状态监测是针对旋转设备的各种预测性维修技术中的核心部分。

关键词：汽轮机；异常振动；原因；对策

前言

关于汽轮机振动，和很多因素有关，暖机时间，轴封温度压力，升降负荷速率，润滑油系统是否有异常，进汽温度压力变化，蒸汽杂质含量，信号干扰，振动探头松动，前置器零点漂移等，如果振动变大速度较快且没有减缓趋势必然需要进行针对性的振动分析处理，避免机械故障和损坏的发生。

一、什么是汽轮机

汽轮机专注于通过机械能量传输的能量。在使用汽轮机期间，排气或过程中的蒸汽和热量可以满足蒸汽其他方面的要求。汽轮机在使用中通过一系列协作的机械元件，将进入内部的蒸汽能量和热能转化为机械能，从而为人们更轻松地利用其能源提供了良好的条件。汽轮机采用这些机体作为驱动力，通过蒸汽旋转工作，主要优点是功率大、效率高、安全、便捷等优点[1]，另外也常用于驱动发电机，机械泵，余热是生产过程，可以使用蒸汽的余热生产并肆意使用热能机械。水蒸汽能量转换单元的汽轮机通过级联的喷嘴和下一个相邻系列的斗门组成，在转换过程中，蒸汽的热能通过喷嘴的级联转换为动能，然后由下一级联转子叶片的转换机械能。

二、引发汽轮机异常振动的原因

汽轮机启动过程中，如果预热时间不够，加速或加载过大将导致气缸热膨胀不均，滑动销系统或卡顿，气缸不能自由膨胀，气缸会导致不对称对于转子，单元可能导致异常位移，产生很大的振动。

减少控制单元导致真空，排气温度过高，后轴承升高，破坏机组中心，引起振动。

输入温度条件下的操作单元超出设计规格。会引起气缸膨胀和变形不均，导致中心移动单元超过允许极限，引起振动[2]。

间隙振荡。当转子和气缸由于图案不对准时，间隔可能会振荡，导致单位振动值增大。

转子振动热弯。由于频率振幅的热变形引起的转子振动特性增加，转子温度与蒸汽参数密切相关，主要是在冷启动状态机单元中具有固定的充电阶段速度，转子温度逐渐增加此时，由转子释放导致的热变形材料的内应力，振动频率的增加，同时伴随相变。当弯曲效应大于不平衡量时，降低振幅超过临界转速。

摩擦振动。摩擦振动特性：首先，由于热弯曲转子会产生新的不平衡力，使得信号频率的振动频率保持不变。然而，由于非线性因素的一些影响，分频可能发生少量，频率和高频分量，波形可能存在“切”现象。其次，摩擦效果出现时，振幅和相位有波动，可引发持续时间较长的旋转等等，但实际发生是转子主要热弯曲。由于轻摩擦测的温度大于由于转子的径向部分上的不均匀温度导致的摩擦表面，这导致热量弯曲以转子的局部加热，从而产生作用在转子上的新的不平衡力。

运行中的汽轮机，多需要保持高速旋转的状态，使得在实际运行中有不同的水平和方向的振动。在汽轮机的振动过程中，一定范围内的振动对于设备没有不利影响，但实际使用过程中振动效果难以维持在一定范围内，会由于许多因素的影响而产生异常振动。一般的异常振动是由于安装过程中没有符合特定的要求，日常维护不得当，由于违规的汽轮机操作造成整体转动过程而出现异常，针对此类现象可以通过汽轮机的安装和维护两方面进行研究，分析和判断其振动原因，然后解决涡轮异常振动的问题。安装质量差，维修质量低，设备故障自然就会存在，故障发生必然会伴有振动对涡轮的使用有明显的负面影响，确定实际异常振动研究分析过程，规范维护修理步骤，规范实际运行工作当中维护及相关设备的使用规则，确保汽轮机正常使用，提供更加高效安全的机械动力。

三、如何根据振动数据分析汽轮机振动故障

汽轮机现场采集的数据主要有振幅、频率、键相（转速），这几个数据就可组成频谱图、BODE图、时域图、轴心轨迹图等等，根据这些图以及现场情况（如运行参数、振动声音、轴封是否有漏汽、实际操作情况）来进行分析。

汽轮机、燃气轮机都属于大型旋转机械，观察它们的振动频谱，会发现存在非常典型的阶次特征。无论是否出现故障，振动频谱一般都包括旋转基频和叶片通过频率，这是旋转机械工作原理导致的。如果出现质量偏心一般为转频处振动幅值增加，轴不对中一般为转频二倍频振动幅值增加。另外，现在这种机械一般转速都比较高，且转子跨度大，工作中会遇到临界转速，实际就是该转速下的旋转基频遇到了转子的固有频率。如果系统稳定的话，一阶临界转速是可以越过的，在较剧烈的振动后会减弱。再者，就是轴承力、密封力、间隙气流激振引发的自激振动，这个比较复杂，涉及多种非线性力，一般会出现转频的分数倍振动频率，前期不好预测。最后，对于叶轮机械，特别是汽轮机，一定要注意喘振的监控。当出现深度喘振时，气流甚至会在出口管路里来回振荡，会引起几十赫兹低频处剧烈的振动。这种情况非常危险，一定要避免。可以通过检测振动、流量、压力信号，来进行喘振先兆的识别与控制。

四、异常振动震动故障解决措施

1、机组运行中产生的振动

如果振动集中发生在汽轮机正常运行部位，需要维护人员对汽轮机内部发出的声响进行认真的观测，改进对蒸汽参数，气缸温度，真空值，温度轴承，轴向位移和类似的轻质润滑油的监测，进而采取适当措施解决。

如果涡轮发生强烈的振动，或加载操作开始的过程中出现振动，可以通过流量或位置密封摩擦声清楚地听到，则必须立即停机检查。如果振动仅稍高一点，可以通过速度或负载降低过程来实现，直到振动再次正常，必须在行程中保持一定时间，然后在该速度和负载下增加速度或负载。如果这不能完全消除振动，必须在确定原因和解决之前立即停止。

如果异常声轮或异常振动在非正常运行时，应首先考虑减少负载的方法，以彻底消除振动和声音异常。如果振动太强，并伴有金属摩擦声，则必须将真空断开，紧急停止，否则易导致严重事故。

2、通过控制机组运行中干扰力的产生控制汽轮机异常振动

此类方法是在转子转速运转过程中粘度和润滑油保持比例关系，以避免油膜破坏的显着干扰，从而防止低频振动的发生。总结如下具体措施：

高低压转子平衡试验单元，单元必须调整中心线位置，确保旋转单元的旋转部分性能良好，从而减少振动，增加组件的刚度连接在车轮之间，避免产生单元的冲击负载变化通过改进固定单元车轮的方法与螺栓的伸长率相关联使用电动液压夹紧器反复旋转以确保抵抗车轮的连接，从而产生在无振动的操作量的底盘;调整单元可重复使用的转子运动槽槽部分的高压调节情况，一定要保持一致，从而有效减少空气作用的影响，其作用于各个气流的方向转子方向相同，做到降低干扰力，提高转子性能。

3、利用传感器进行有效的保护

汽轮机及其保护系统以及它是由信号系统和防护报警控制系统的振动监测，它是涡轮保护的安全运行非常重要。该单元必须安装振动的保护装置，当所述振动大于限制值，发送给驱动控制电路的保护的脉冲信号自动关闭主阀，执行“紧急停车，并告知工作人员，以保护乘员的安全。与该单元的增加的容量，监测的安全性和保护涡轮变得更重要，并监测汽轮机设备中所设置的安全和保护的准确性和可靠性，以满足更高的要求。

结语：在汽轮机的使用过程当中需要对于振动监测、故障进行分析和处理。振动监测一般是电厂在调试结束后启动时或者大修后启动时，必须要做的一项工作，也是保障机械的安全高效运转的必要环节。本文意在抛砖引玉，简单分析了汽轮机异常振动的相关问题，希望对于汽轮机的使用和维护工作有所帮助。

参考文献

[1]陈可露.火电厂汽轮机异常振动原因及解决对策分析[J].中国新技术新产品,2016,(15):63-63,64.

[2]荣峰.谈火电厂汽轮机异常振动原因分析及处理措施[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(20):8109-8109.