汽轮机异常振动的分析与排除

汽轮机异常振动的分析与排除

冯兵王胜凯徐江畔

（山东齐鲁电机制造有限公司山东济南250000）

摘要：汽轮机作为发电系统的重要组成部分，其故障率的增大或减少对于整个的系统都有着极其重要的影响。汽轮机异常振动是常见故障中比较难确定的一种，汽轮机的异常振动是机组安全稳定运行的重要隐患之一，如不能及时采取有效措施排除故障，必将造成设备损坏等故障。本文就汽轮机异常振动的分析与排除进行了简要的阐述。

关键词：汽轮机；异常振动；故障排除

前言：汽轮机在高速运行的过程中，总是不可避免的存在着不同程度和方向的振动，但只要振动情况在合理范围内，是不会影响机组运行和损坏机组的。当然，在运行过程中振动值越小越好。这里所说的振动，是指超过允许标准的振动，也就是异常振动。所以通过汽轮机振动的情况可以直接反映出汽轮机运行状况的好坏，同时根据汽轮机振动情况也可以对机组的设计及检验进行综合反映。

1汽轮机异常振动的危害

汽轮机的异常振动会导致各部套之间的连接部件松动、螺栓断裂以及机座松动。振动导致的部件磨损严重影响机组使用寿命并带来安全隐患，并且任何一种异常振动都存在设备损坏的风险。比如轴系质量失去平衡、动静磨擦、膨胀受阻、轴承磨损或轴承座松动，以及电磁力不平衡等等都会引起表面振动增大，甚至强烈振动，异常振动通常伴有强烈噪音。由于异常振动严重威胁汽轮机的安全运行。因此，汽轮机在运行过程中，一旦发现异常振动，需及时查找原因并尽快消除，从而保证机组长期安全稳定的运行。

2汽轮机组振动的分类

目前机组轴系的弯曲振动发生的较为频繁，主要以强迫振动和自激振动为主。通常情况下强迫振动是汽轮机运行时不可避免的振动，因为当机械旋转时外力作用下出现振动是正常的，所以通常情况下不属于异常振动，但当外力作用力较大时，特别是外力与旋转中的机械某一频率相当时，则振动会超出规定的标准限值，发生异常振动。而在汽轮机正常运行时，通常情况下是不会发生自激振动的，这种振动的发生与实际的外力作用是无关的，通常情况下以轴瓦自激振动、蒸汽激振和摩擦涡动为主，所以其属于异常振动，一旦自激振动发生，则需要及时进行处理，采取有效的措施将其控制和消除，以免导致故障扩大，带来较大的损失。

3汽轮机异常振动检查步骤

在发电系统的运行过程中，常常会出现瓦盖振动异常以及轴振异常的现象，造成这一现象的因素很多。依照振动的特性以及原因进行分析，造成振动的因素相对较高。振动频率分别为1X，2X，1/2X等。继而需要对振动相位变化与否进行分析，同时对相邻轴承之间所具有的相位关系变化情况进行详细论述。当振动发生时，其设备的稳定性如何，是否会出现励磁电流的变化，并对生产设备以及电网负荷和温度、时间等因素进行确定。若汽轮机转子出现质量不平衡现象，那么就会造成：升速振动同转速平方会横线正比例关系，振动会随着转速的增大而不断增加。尤其在超过临界时，振动相对以往会大很多，此时振动频率为1X。振动相位不变化时，振动稳定性良好，这是由于振动相位不变化，加之受到摩擦力作用，稳定性相对较好。或者相邻轴承相位相同、相反，其稳定性也相对良好，并且上述两种情况振动重复性良好。依照振动所具有的特征，以及日常检修状况，可以对故障引发因素进行分析确定，并及时的解决问题。另外，针对设计上的一些问题，应当提前予以预防，关注故障发生点，一旦出现问题，应当及时对部件缺陷进行检查、确定，并解决问题。

4汽轮机异常振动的分析与故障排除

引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面，汽流激振、转子热变形、转子不平衡、摩擦振动等，以下进行详细的论述。

4.1汽流激振现象与故障排除

汽流激振类振动有以下特点：（1）汽轮发电机组的负荷超过某一负荷点，轴振动立即急剧增加；如果降负荷低于负荷点，振动立即迅速减小。（2）强烈振动的频率约等于或低于高压转子一阶临界转速。（3）汽流激振一般为正向涡动。（4）发生汽流激振的部位在高压转子或再热中压转子段。其原因主要是由于叶片受到不均衡的气流冲击就会发生汽流激振；对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片末端膨胀产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间（一年以上）记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除汽流激振。

4.2转子热变形导致的机组异常振动与故障排除

转子热变形引发的振动主要是在机组冷态启机定速后的阶段，发生原因主要是一倍频振幅的增加及转子温度，当定速后带负荷阶段，机组内转子温度逐渐升高，温度升高导致转子弯曲变形，进而引起机组发生异常振动，此外，当一倍频振动增大及蒸汽参数等因素发生变化时，也引起机组本身发生相位变化。转子弯曲变形分为两种，永久性弯曲和临时性弯曲，两者都会产生旋转矢量激振力，故障机理相同，转子两端因锥形运动引起工频振动，导致机组异常振动。另外，与不平衡转子动力特性不同的是，当转轴弯曲时，弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力两者会由于作用力相互抵消一部分导致转轴的振幅下降，转轴的振幅出现“凹谷”，因产生振动力这样就会引起机组异常振动。这类故障处理相对简单，如果异常振动明显，发现问题仔细检查后，及时更换新的转子即可。

4.3摩擦振动的特征、原因与排除摩擦振动的特征：

（1）转子的热弯曲所产生的不平衡力不会影响振动信号的主频信号，但由于部分冲击力和非线性因数的影响，会有分频、倍频和高频分量的少量产生，同时波形有时也会有“削顶”现象。

（2）发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。（3）降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。汽轮机的转子在运转过程中会因摩擦而产生抖动、涡动等情况，转子在运转过程中其周围各点的摩擦程度是不一样的，试探程度大的部位其因摩擦所产生的热量就多，因此重摩擦部位的温度较其他部位就会高很多，这样在转子的截面上就会因温度不均匀而造成局部过热部位发生热弯曲，转子局部的弯曲会产生一个不平衡力，从而引起振动的发生。

5汽轮机异常振动的预防

（1）汽轮机转子停止后，应立即投入盘车，如上、下汽缸温差还很大时不允许停用盘车，以免导致大轴受热不均匀而产生弹性弯曲。（2）停机后加强本体各测点温度监测，避免冷水和冷汽漏入汽缸内。（3）润滑油温过低不允许启机。（4）热态启动时要严格控制轴封蒸汽温度和新蒸汽温度，轴封蒸汽至少要有14ºC以上的过热度，冲转时主蒸汽至少要有56ºC以上的过热度。（5）汽轮机冲动前，必须准确测量大轴是否有热弯曲，弯曲值大于0.03mm时，不允许启动，应进行直轴，在直轴中应检验是否有永久性弯曲，如大轴产生永久性弯曲时，禁止汽轮机启动。（6）启动前投入盘车时，检查汽轮机组的动静部分是否有金属摩擦声。一般大轴弯曲值在允许范围内，但有较清楚的金属圆周摩擦声时，应查明原因，否则不准启动。

结论

本文分析了汽轮发电机组异常振动的产生原因，并结合运行和检修经验，做出了处理措施和预防对策，对保证机组的正常安全运行起到决定性的作用。总的来说，振动测试结果是对机组运行工况分析的重要技术基础。多年来，很多单位由于振动和延迟的启动和维护周期。我们应该加强对生产商，接受振动标准单位的监督，努力推进振动检测走向制度化。要对汽轮发动机组进行定期的检查维护，一旦发现震动超过规定值，要第一时间找到原因，以防止损坏或异常现象的扩展，并采取措施，防止设备损坏事故。

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