300MW汽輪機異常振動原因分析及對策

張偉林 羅松德

（北方聯合電力蒙西發電有限公司，內蒙古 烏海 016000）

我國經濟的快速發展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。汽輪機由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現，嚴重影響發電機組的正常運行。機事故以及導致軸承座松動、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，是保證機組安全運行的基礎。

1 火電廠300MW汽輪機常見異常振動的分析及解決對策

1.1 油膜震蕩

1.1.1 產生的原因分析

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：

①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。

②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。

③發生油膜震蕩時，振幅將不只是于轉速一致的工頻振動，而且還有低頻分量。

④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。

⑤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 故障解決措施

在機組出現油膜震蕩時，可采用以下解決對策：

①增加軸瓦比壓。

②減小軸瓦頂部間隙或增大上軸瓦軸承合金的寬度。

③減小軸頸與軸瓦的接觸角，一般可減小至 300～400。

④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。

⑤用平衡的方法將轉子原有不平衡分量降得很少。

1.2 汽流激振

1.2.1 產生的原因分析

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 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 轉子熱彎曲

1.3.1 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 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 摩擦振動

1.4.1 產生原因分析

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 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原因查詢的幾點建議

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判斷。

2.1 振動的頻率是1X、2X、1/2X等，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 與負荷的關系，其可能原因有：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。

結語

300MW汽輪機組擔負著火力發電企業發電任務的重點。汽輪機異常振動時汽輪機運行過程中不可避免的故障，同時也是較為常見的故障。在進行此類故障排除時，不能急于拆解機組，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。如故障點零部件為剛剛檢修過并更換，因再次確認故障點，確認為改點后進行拆解。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。因此，在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外注意。許多情況時需要維修人員長期積累的經驗來判斷的，加強企業汽輪機組維護保養人員培訓，提高維修人員素質及專業技能時提高汽輪機故常排除效率的最佳途徑。只有保證汽輪機的運行質量，才能確保電廠安全經濟地運行工作，為企業創造最大的經濟利益。

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