电厂汽轮机常见振动故障形态论析

电厂汽轮机常见振动故障形态论析

曾兆文

通辽热电有限责任公司 内蒙古通辽市 028000

摘要：随着我国电力产业经济建设的稳定发展，电厂汽轮机的重要性逐渐体现出来，为了保障人民群众供电的安全性与稳定性，维持电厂汽轮机的正常运行是非常关键的。电厂汽轮机的故障不仅会影响供电的持续性，还会影响电厂发展的经济效益与社会效益。本文将简单介绍电厂汽轮机的振动特点，了解电厂汽轮机常见振动故障形态以及故障诊断体系，深入探讨电厂汽轮机常见振动故障的处理方法。
关键词：电厂；汽轮机；振动故障；形态研究

1、汽轮机振动特点分析

第一次启动升速至过临界转速的过程中，从轴承振动较小现象可以判断，汽轮机转子和拖带机组转子目前的平衡状态是比较好的。如果要停机后在汽轮机末级叶轮进行配重，应当先把空载3000r/min时的下轴承基频振动降下到安全线以下才可以进行。机组配置后再次启动的情况下，通常是要求轴承的垂直振动为15m，带负荷20mW时振动基本不变。振动升到91.7m时，要及时打闸停机，这时大轴挠度比开机增大100m。当第三次启动时，后汽封温度达300℃，这一次启动过程中，启动升速过程到20mW负荷，振动开始快速突升到90.7m，被迫打闸停机。当振动突增后，振动继续增加，轴承振动一旦开始爬升很快发散至报警值，说明振动故障逐次恶化。

2、汽轮机常见振动故障形态的分析

2.1汽流激振

汽流激振的故障在小型汽轮机中比较常见，引发汽流激振问题的原因有很多，在这里笔者介绍一种最常见的原因。由于外来气体直接冲击了汽轮机内部的叶片，所以，汽轮机内部的气压十分的不稳定，汽流在汽轮机内部进行激烈的振动。大型汽轮机由于自身性质的原因，对于汽轮机内部激烈的气流振动的抵抗能力比较强，但是小型汽轮机则做不到这一点，所以，小型汽轮机受到汽流激振的影响比较明显。

2.2转子热转弯

众所周知，电厂汽轮机在热态的时候所产生的振动非常大，而造成这种现象的主要原因是由于转子受热不均匀，发生了“热转弯”的现象。造成“热转弯”现象的因素有很多，像是转子自身材质因素、轴承之间的温差大因素、轴间空隙比较大等。

2.3摩擦振动

摩擦在我们的日常生活中无处不在，在电厂汽轮机中也是一样。当电厂汽轮机运行的时候，转子之间会产生摩擦，而由于这种不规律的摩擦会导致转子的温度不均匀，从而导致摩擦振动的现象发生。
3、汽轮机振动故障诊断

3.1故障诊断的准确率低的原因分析

振动诊断技术在各汽轮机使用厂已普遍采用，造成实际应用中准确率低的原因主要是对掌握振动特征、故障机理的重要性认识不足、习惯于反向推理和注意力集中在直观可见的故障上。当遇到振动问题时，主要还是凭个人经验和习惯做法去处理。振动诊断的实际价值在于可以有效、及时地消除振动。当故障诊断的准确率高于50%，那么消振指导作用非常突出；但另一种情况不可忽视，就是准确率为20%~30%时，消振还有可能是一种误导的。习惯于反向推理有两方面的，一方面是正向推理法，另一方面即是反向推理法。正向推理法是在明确认识机组振动故障范围的前提下使用的，这也是这种方法一般滞后于故障诊断发现使用的原因。从实践中看，在振动故障诊断中采用正向推理不多，主要是因为没有普遍关注新诊断方法的应用以及对机组振动故障范围的认识不够。而对故障分析时常用的一种方法即是反向推理法，这种具有依据振动特征反推故障的特点，可以得到各种不同的结论，引导处理振动故障，从而可以降低了故障诊断的准确率。笔者在多年工作中发现，人们往往有这样一个习惯，机组一旦发生振动，往往将注意力集中在机组已发现的一些故障上。这种注意力集中在直观可见的故障上可以说，不能称为振动诊断，而是分析寻找故障，其准确率显然不会高。

3.2振动故障诊断步骤

改变传统的习惯提高振动故障诊断准确率的最有途径。为了让诊断故障准确率更高，可以按两个步骤来进行，第一步是先确定振动的类别。可以观察振动频谱和另外的特征，把各种振动进行归类。确定故障原因后，再进行判断。第二步是在先查明轴承座刚度正常与否，再看激振力故障原因。第三步是保证转子不平衡力、不平衡电磁力、轴系连接同心度和平直度偏差故障现象真实性后，再确定是否是稳定的普通强迫振动，从而诊断出故障类型。
3.3防止故障的措施

3.3.1排除摩擦振动故障的出现

摩擦振动的振动信号会因为转子热运动而产生新的平衡力，但却依然维持了工频为主频的振动信号频率，限制了倍频、高频和分频的产生，并伴随着严重的“削顶”现象，自然会严重的损害汽轮机机体；同时波动持续的时间会因为受到摩擦的影响而被延长，急剧的增大了相应的振幅，使得汽轮机受到了严重的损害；此外，振动摩擦会提升相应的临界速度，也会损害汽轮机机体。当产生严重摩擦的时候，振幅大小和相位具有波动性，波动的持续时间不定，摩擦非常严重时候，振幅的幅值和相位就不会再波动，振幅呈急剧上升的态势。就转子而言，摩擦会引起涡动或者抖动现象，实质上是对转子的影响，转子会发生热弯曲。动静摩擦过程中，圆周上各点摩擦的程度不同引起转子截面温度不均，加剧转子的热弯曲。就摩擦振动而言，在汽轮机的整个运行过程中都会有振动摩擦出现，这是无法避免的现象，因此，我们只能尽可能的减小摩擦产生的振动影响，而不是去研究如何消灭它。

3.3.2气流振动的防止

在振动故障出现的多种原因中，最主要的原因之一便是气流振动的形成。根据笔者自身经验的总结，较大量值的低频分量会在汽轮机气流激振的情况下出现；相关运行参数也会对汽轮机的振动造成影响，不断增加的振动幅度，增大了负荷，因而会造成汽轮机的损失。我们为了将气流引起的振动影响排除，重新调整了在不同负荷的情况下，汽轮机高压进汽门的特性，以便能够更好的将气流激振的现象消除掉。针对机组气流激振产生的原因及特性，分析气流故障需要观察和记录机组每次振动的参数，连同机组负荷状态下数据制定出成组曲线，观察曲线范围和变化的趋势。简单讲在汽轮机正常的运行中，应当采取减少负荷汽压的变化及尽量规避气流激振负荷的方式来降低火力发电厂汽轮机振动故障的发生率。

3.3.3转子热变形的改善措施

转子热变形引起的振动与汽轮机振幅的增加有关，而引发转子热变形的主要原因是转子温度和蒸汽参数的变化。机组在冷态带负荷阶段，转子的温度升高，释放的材质内应力会引发转子热变形，倍频振动增大，相位也产生相应的变化。当转子接地的问题在火电厂中出现时，我们能够发现显著变形的情况发生在转子端部的线圈上，汽端的端部线圈的变形也较为严重，影响了汽轮机的正常工作。因而需要将护环下绝缘中的滑移层工艺加强，通常是将一层聚四氯乙烯的滑移材料覆盖在转子的表面，以便尽可能的将自由伸缩的阻力在线匝热膨胀的情况下减少。存在于护环下的工艺推拨角度也应当减少，所选择的线匝铜线必须有一定的银含量，其目的是为了将绕组线匝导线中的抗蠕变性能和屈服强度提高。在负荷的升降和机组的调峰工作中速度控制非常重要，不能太快。

结语：综上所述，近年来，我国的发电厂取得了长足的进步。发电厂设备大多数涉及汽轮机的事故，在损坏之前工作的过程中都表现出明显的振动特征。在特异性方面，有必要根据管理流程的要求执行基本的管理任务，并避免其振动问题。在日后发展中电厂企业还需要重视汽轮机震动带来的不良影响，结合实际情况制定有效预防措施，以保证汽轮机安群稳定运行。

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