火电厂汽轮机运行异常振动原因分析与处理措施研究

火电厂汽轮机运行异常振动原因分析与处理措施研究

吕婧

国家能源集团科学技术研究院有限公司，江苏 南京 210000

摘要：在火电厂运营期间，汽轮机的稳定运行是保障整个发电过程顺利进行的关键。然而当振动超过正常操作参数时，就会引发一系列不良影响，包括加剧机械连接处的磨损与损坏风险，长时间异常振动会引发结构性损坏，导致设备使用寿命缩短，并影响到电力质量，导致电能输送不稳定等。基于此，火电厂需要深入剖析汽轮机异常振动的原因，采取有效措施进行处理，从而保障发电质量和效率。

关键词：火电厂；汽轮机；异常振动；处理措施

前言

汽轮机在火电厂发电中扮演着至关重要的角色，能够将蒸汽的热能转变成机械能，然后借助于发电机的旋转，将机械能转化成电能，最后通过电网输送至用户端。相较于其他设备，汽轮机能够实现对蒸汽中的热能的高效利用，大大减少能量损失，意味着能够用更少的燃料获得更多的电力，具有良好的经济性与环保性。但是，在火电厂汽轮机运行过程中，由于受到多方面因素的干扰，导致其出现异常振动，此问题是汽轮机缺陷和安全隐患的综合反映，会在很大程度上影响到机组本体的稳定运行，若发现不及时或是未妥善处理，必然会给火电厂带来较大的经济损失[1]。因此，需要明确异常振动原因，及时进行妥善处理，从而确保汽轮机能够始终处于稳定地运行状态，保证电力供应的可靠性。

一、油膜失稳原因及处理措施

油膜振荡和半速涡流是导致汽轮机油膜失稳的主要原因。其中，油膜振荡发生的原因在于：汽轮机的旋转速度过快，使得其功率过大，导致整个汽轮机组产生更为剧烈的振动，从而造成设施受损；转子没有按照既定轴线轨道进行正常转动，无法保证汽轮机运行的重心平稳，从而诱发油膜振荡问题。半速涡动在油膜失稳中占比较大的原因，主要表现为发电机转子的旋转速度没有达到第一临界转动速度的50%，从而引发半速涡动的现象，并且随着振动问题的持续存在，会使得转子持续处于最高转速，之后会增大设备的损耗问题[2]。基于这一因素，在判断半速涡流时，可以通过观察转子的转动速度情况，若转动速度发生改变的同时，涡动的频率随之发生改变，即可确定是半速涡流问题。

针对油膜失稳问题的处理，具体方法有：（1）适当提升汽轮机轴瓦的比压，可有效减少油膜振荡的幅度，实现对油膜振荡所引发的整个汽轮机异常振动问题的有效控制；（2）结合汽轮机运行的实际情况，将其轴瓦的轴承合金宽度进行合理增加，以进一步缩小轴瓦顶部的孔隙，使得汽轮机整体与轴瓦更为紧密，从而将油膜的振动幅度降低；（3）在汽轮机组中添加一定量的动力粘度较小的润滑油，以减小各配件之间的摩擦力，降低振动带来的不良影响；（4）通过改善转子的平衡，尽最大可能降低其作用在转子上的平衡力，从而显著提高转子运动状态的稳定性，实现对整个设备运行中油膜振荡幅度的有效控制；（5）适当增加轴瓦比，使得汽轮机轴颈与轴瓦之间的接触角度发生改变，从而缩小接触角度，实现对油膜振动幅度的控制[3]。

二、转子结构损伤及处理措施

转子结构损伤是汽轮机异常振动的根本原因之一。在火电厂生产中，汽轮机长期保持高温高压的运行状态，特别是转子部分，其受到极大的高温高压蒸汽影响，加上该部分属于汽轮机机组中非常重要的动作结构，极易由于受热变形造成转子轴弹力改变，使得转子发生结构性损伤，导致转子运行失衡，并改变了离心相位，从而引发汽轮机发生振动情况。通常情况下，转子结构损伤类型不一，造成的汽轮机异常振动情况有着显著差异[4]。结合已有工作经验。转子结构损伤发生的原因包括：在转子运行启动过程中，由于操作不科学，导致金属过疲劳损害，而转子叶片与固定结构都属于金属材料，具有突出的热胀冷缩特性，一旦汽轮机运行期间多次频繁启动，加上设备承受过大的载荷变化，就会导致转子相关结构因为温度变化反复收缩或是膨胀，造成金属疲劳问题更为严重，在很大程度上缩短了转子各结构的使用寿命。同时，在转子设计和安装过程中，由于受到各种因素的影响，造成部分应力集中在一处，当受力不均衡、应力集中点有着过大的受力参数，必然会增大该部位的损害严重程度。此外，在汽轮机运行过程中，转子长时间承受高温高压蒸汽冲击，严重影响转子叶片和主要固定结构，若蒸汽中含有腐蚀性物质，就极易造成转子结构损伤。

针对转子结构损伤的处理，需要从转子本身出发，科学把控转子的安装和运用环节，通过合理的调控，防止因摩擦异常而导致转子结构损伤，发生弯曲变形等问题。即在转子等设备安装检修过程中，安排专业技术人员负责，严格依据相关操作标准和程序进行，利用精密工具（钢丝校准轴线等）辅助安装，以提高设备安装检修工作的精确性。为了确保汽轮机轴承座水平达标，需要通过钢尺进行洼窝两侧长度测量，保证一致，且复测过程中通过水平仪横向找平，使得汽轮机轴承于纵向和横向都始终处于平衡稳定状态，防止转子因受力不均而产生摩擦，从而过热导致转子结构损伤。

三、气流振荡及处理措施

气流振荡是导致火电厂汽轮机异常振动的重要原因。该原因比较复杂，通常情况下，当增大跨距时，会随之降低临界转速，因此，常常利用此种方式来降低临界转速。但就实际情况来看，当不断拉大汽轮机的转速与临界转速的差距时，会导致汽轮机轴系统处于异常运行状态。一旦确定不稳定因素，将持续拉大间隙，频繁发生涡动，进一步加剧各种零件之间的磨损，此时会增大各种切向力，产生更为严重的损耗摩擦和异常振动问题，这就是气流振荡引发的异常振动。气流震荡的主要原因是：汽轮机内部流道形状与尺寸发生改变，汽轮机蒸汽流量与压力波动、排气与进气设计不科学[5]。其中，若进气部分设计不恰当，将会致使蒸汽在进气口位置形成涡流，造成整个气流场不稳定。与此同时，若汽轮机长时间运行，会引发内部通道出现变形或是磨损，从而改变气流的流动特性。

针对气流振荡的处理，必须及时检测和勘察，防止振动问题引发更为严重的损耗，再结合具体情况，合理优化和改进汽轮机进汽与排汽部分设计，并按照相关标准，对汽轮机对内部通道进行定期检查与维护，确保其尺寸与形状稳定；根据汽轮机产生的振动幅度，来适当调整汽轮机的积水量、负荷速率、蒸汽流量与压力等，从而有效调控异常振动问题。

四、结语

总而言之，在火电厂生产运行期间，只有保证汽轮机的稳定可靠运行，才能够确保发电质量和效率。对此，火电厂需要重点关注汽轮机运行过程中发生的各种异常振动问题，找出不同问题发生的具体原因，做好有效的防护和处理措施，进而降低异常振动发生概率。

参考文献：

[1]王永明,曹江华,葛恒春,等. 火电厂汽轮机运行异常振动原因分析与处理措施研究 [J]. 科技与创新, 2020, (19): 146-147.

[2]路来孔. 基于大数据的火电厂汽轮机异常振动分析研究 [J]. 设备管理与维修, 2024, (05): 72-74.

[3]王杰. 火电厂汽轮机振动故障和诊断技术研究 [J]. 现代制造技术与装备, 2024, 60 (01): 17-19.

[4]杨鹏,陈佳,许文钊. 火电厂汽轮机常见的振动故障分析及故障诊断技术 [J]. 科学技术创新, 2022, (19): 180-183.

[5]韩庆海. 火电厂汽轮机异常振动的原因及改善措施探讨 [J]. 设备管理与维修, 2022, (08): 68-69.