電廠汽輪機組異常振動分析

韓志偉 馬亦飛

（內(nèi)蒙古烏海市北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 汽輪發(fā)電機組異常振動的危害

振動是指一種周期性的往復(fù)運動，處在高速旋轉(zhuǎn)下的汽輪發(fā)電機組，在正常運行中總是存在著不同程度和方向的振動。對于振動，我們希望它愈小愈好。對設(shè)備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動，都是指對設(shè)備有危害，超出了允許范圍的振動。

汽輪發(fā)電機組振動過大時可能引起的危害和嚴重后果如下：機組部件連接處松動，地腳螺絲松動、斷裂；機座(臺板)二次澆灌體松動，基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫：汽輪機葉片應(yīng)力過高而疲勞折斷；危機保安器發(fā)生誤動作；通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴重時可能因此一起主軸的彎曲；滑銷磨損，滑銷嚴重磨損時，還會影響機組的正常熱膨脹，從而進一步引起更嚴重的事故；軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；發(fā)電機轉(zhuǎn)子護環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等。

從以上幾點可以看出，振動直接威脅著機組的安全運行。因此，在機組一旦出現(xiàn)振動時，就應(yīng)及時找出引起振動的原因，并予以消除，決不允許在強烈振動的情況下讓機組繼續(xù)運行。

2 汽輪機異常振動原因分析

汽輪機組擔(dān)負著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點。由于其運行時間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現(xiàn)，這嚴重影響了發(fā)電機組的正常運行。汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機組振動的原因，比如進汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對汽輪機異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導(dǎo)致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關(guān)鍵。

3 汽輪機組常見異常震動的分析與故障排除

引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。

3.1 汽流激振現(xiàn)象與故障排除

汽流激振有兩個主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間的記錄每次機組振動的數(shù)據(jù)，連同機組滿負荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機組異常振動特征、原因及排除

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負荷階段，此時轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

3.3 摩擦振動的特征、原因與排除

摩擦振動的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)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?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動靜摩擦?xí)r圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。

4 關(guān)于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析

生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據(jù)振動產(chǎn)生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會有下列現(xiàn)象：升速時振動與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動大。特別過臨界時振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復(fù)性好。根據(jù)振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。

5 在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作

目前200MW及以上的機組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對振動實施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機組有的雖裝有振動監(jiān)測表，但準確度較差，要靠攜帶型振動表定期測試核對，有的機組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機組的振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅持定期（每周、每10天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動規(guī)定的認真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測試振動的周期，給汽機車間專業(yè)人員和運行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保存的和運行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上次測試結(jié)果增大時，專業(yè)人員應(yīng)及時向領(lǐng)導(dǎo)匯報，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運行中如發(fā)現(xiàn)機組振動異常時，應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動表進行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時，應(yīng)立即打閘停機。如振動增加雖未達到0.05mm，但振動異常時聽到機組有響聲（如掉葉片等），或機內(nèi)聲音異常時，也應(yīng)停機進行檢查。對一般的振動增大，也應(yīng)向車間匯報，以便組織分析原因，采取措施。

總結(jié)

汽輪發(fā)電機組振動異常是運行中最常見的故障之一，其產(chǎn)生的原因是多方面的，也是十分、復(fù)雜的，它與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關(guān)系。超過允許范圍的振動往往是設(shè)備損壞的信號。振動過大將使汽輪機轉(zhuǎn)動部件如葉片、葉輪等的應(yīng)力超過允許值而損壞；振動嚴重時，可能導(dǎo)致危急保安器誤動作而發(fā)生停機事故以及導(dǎo)致軸承座松動、基礎(chǔ)甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，必須使機組的振動水平保持在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

[1]剪天聰.汽輪機原理[M].北京：水力電力出版社，1992.

[2]上海汽輪機有限公司135MW中間再熱式汽輪機說明書，1999.5.

[3]胡念蘇.汽輪機設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2003.7.