汽輪機出現異常振動原因分析與探討

吳兆濱

（中共黑龍江省委黨校〈黑龍江省行政學院〉 黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

汽輪機出現異常振動就是它的全部或一部分沿直線或曲線往返顫動過程出現了問題,沒有按照一定的時間規律和周期運動。 這種異常振動是故障出現的前兆。 應該給與充分的重視。 在我國經濟的快速發展中，對我國電力供應提出了更高的要求。 為了保障城市經濟的發展與居民用電的穩定，加強汽輪機組日常保養與維護，保障城市供電已經成為了火力發電廠維護部門的重要任務。對于汽輪機由于運行時間長、關鍵部位由于長期磨損可能會出現異常振動，會導致汽輪機組故障出現，這會影響發電機組的正常運行。可能導致軸承座松動、基礎甚至廠房建筑物的共振損壞等，因此，分析找出汽輪機異常振動原因并制定解決方案非常重要。

1 汽輪機常見異常振動的分析及解決對策

1.1 汽輪發電機的油膜震蕩

1.1.1 油膜震蕩產生原因

發電機油膜自激震蕩是由于汽輪發電機轉子在軸承油膜上高速旋轉時，喪失穩定性的結果。 穩定時，轉軸是圍繞軸線旋轉的。 當失穩后。 一方面，轉軸圍繞其軸線旋轉；另一方面，該軸線本身還圍繞平衡點渦動。 軸線的渦動頻率總保持大約等于轉子轉速的一半，故又稱半速渦動。 當半速渦動的渦動速度同轉子的臨界轉速相重合時，半速渦動被共振放大，就表現為激烈的振動。 油膜振動具有下列特征：第一，油膜震蕩一經發生，振幅便很快的增加，使機組產生激烈振動。這種振動隨著轉速的升高，振幅并不減小。失穩而半速渦動可能較早。而油膜震蕩則總是在2 倍于第一臨界轉速之后出現。第二，當油膜震蕩時，振動的主頻率約等于發電機的一階臨界轉速， 且不隨轉速升高而改變。第三，由于發生油膜震蕩，振幅將不只是于轉速一致的工頻振動，而且還有低頻分量。第四，當發生油膜震蕩的軸承，頂軸油壓也發生劇烈擺動，軸承內有明顯的金屬撞擊聲。 第五，當油膜震蕩嚴重時，仔細觀察可以看到主軸的外露部分在顫動。

1.1.2 處理油膜震蕩的措施

在機組出現油膜震蕩時，可采用以下解決對策：第一，可以增加軸瓦比壓；第二，可以減小軸瓦頂部間隙或增大上軸瓦軸承合金的寬度；第三，可以減小軸頸與軸瓦的接觸角，一般可減小至300～400；第四，可以降低潤滑油動力粘度。 例如提高油溫或選用粘度較小的潤滑油等；第五，可以用平衡的方法將轉子原有不平衡分量降得很少。

1.2 汽輪發電機的汽流激振

1.2.1 汽流激振產生的原因

汽流激振類振動有以下特點：a、汽輪發電機組的負荷超過某一負荷點，軸振動立即急劇增加；如果降負荷低于負荷點，振動立即迅速減小。 b、強烈振動的頻率約等于或低于高壓轉子一階臨界轉速。 c、汽流激振一般為正向渦動。d、發生汽流激振的部位在高壓轉子或再熱中壓轉子段。

其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片末端膨脹產生流道紊亂也可能發生汽流激振現象；軸封也可能發生汽流激振現象。

1.2.2 汽流激振故障解決對策

針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間(一年以上)記錄每次機組振動的數據，連同機組滿負荷時的數據記錄，做出成組曲線，觀察曲線變化情況。 簡單的說就是確定機組產生汽流激振的工作狀態，采用減低負荷變化率和避開產生汽流激振的負荷范圍的方式避免汽流激振。

1.3 汽輪發電機轉子熱彎曲

1.3.1 轉子熱彎曲產生原因分析轉子熱變形引發的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸汽參數有密切關系，大都發生在機組冷態起機定速后帶負荷階段，此時轉子溫度逐漸升高，材質內應力釋放引起轉子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。當彎曲的作用大于不平衡量時，振幅的減小發生在臨界轉速以上。

1.3.2 轉子熱彎曲故障解決措施

針對轉子熱變形的故障處理就是更換新的轉子以減低機組異常振動，沒有了振動力的產生機組也就不會出現異常振動。

1.4 汽輪發電機的摩擦振動

1.4.1 摩擦振動產生原因

摩擦振動的特征：一是，由于轉子熱彎曲將產生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻。但是由于受到沖擊和一些非線性因數的影響，可能會出現少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現象。 二是，發生摩擦時，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續時間可能比較長。渦動等現象，但實際有影響的主要是轉子熱彎曲。由于重摩擦側溫度高于輕摩擦側， 導致轉子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉子熱彎曲，產生一個新的不平衡力作用到轉子上引起振動。

1.4.2 摩擦振動故障解決對策

平時定時對汽輪機組進行維護，并對留意是否存在不和諧的機件摩擦聲，確保及時發現問題并對相應機件進行維修或更換，避免因摩擦振動引起的機組運行故障。

2 對汽輪機異常振動故障采取的措施

汽輪發電機組振動異常是運行中最常見的故障之一，其發生的原因是多方面的，也是十分復雜的，與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關系。 發生異常振動時，建議從以下幾方面分析處理。

2.1 汽輪機的振動頻律問題

當振動的頻率是1X、2X、1/2X 等，要分析振動的相位是否有變化及相鄰相位的關系。 例如汽輪機轉子質量不平衡會有下列現象：升速時振動與轉速的二次方成正比， 轉速高振動大， 振動的頻率主要是1X， 振動的相位一般不變化及相鄰相位出現相同或相反， 且重復性好。

2.2 汽輪機的振動與負荷的關系

出現這種問題的可能原因是：滑銷系統不良；基礎不均勻的下沉：主蒸汽管路布置不當，在熱膨脹時汽缸施加了作用力；其他不正常的熱變形引起機組中心線發生變化等。

3 結語

汽輪機出現異常振動時， 是汽輪機運行過程中可能發生的故障。在處理此類故障時，首先要根據故障特征進行故障分析，確定故障點后查看機組維修記錄，確認故障點零部件情況。 一般來講短期內進過維護保養的部件出現故障的幾率遠遠小于維護時間長的部件。許多情況時需要維修人員長期積累的經驗來判斷，因此，提高汽輪機組維護人員的技術培訓，是提高汽輪機故常排除效率的最佳途徑。

［1］牟法海，侯銳，王文營，等.超臨界空冷660MW 汽輪機組不穩定振動原因分析與處理[J].汽輪機技術，2012-02-25.

［2］李新凱，劉全義，關小彪，等.空氣壓縮機汽輪機異常軸振動原因分析與處理[J].化肥工業，2011-10-283.