發電廠汽輪機低頻振動的原因及解決辦法

李紅軍

【摘要】本文根據本廠200MW汽輪機組高中壓轉子運行過程中出現的低頻振動故障進行分析研究，總結了振動出現的原因并給出解決的辦法。

【關鍵詞】汽輪機 低頻振動

【中圖分類號】TK268 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0248-01

1、我廠現在運行的200MW機組，自投產已經運行多年，通過在線監測系統，該機組高中壓轉子都存在低頻振動的現象，而且有越來越嚴重甚至有超過運行規程規定值的趨勢，已經到了不得不停機檢修的狀態，通過這次檢修，有必要對機組低頻振動的現象、產生的原因以及機理進行深入的探索總結，這將對今后的工作產生積極的影響。

2、振動的現象

2.1、監測系統顯示額機組振動頻率數值低于50Hz，采集到的振動數值往往為幾個頻率或者一個頻帶，主頻約25Hz，每次振動采集到的頻率數值往往不盡相同。同時機組振動時候振幅也不是固定值，存在抖動現象。

2.2、機組的橢圓瓦有突發振動現象，運行過程中振動突然很大，經過對此時間段振動頻譜的分析，其頻率為25Hz左右。

3、低頻振動產生的原因

長期生產實際證明，長時間的低頻振動會對汽輪機本體產生難以估計的損壞，較大的振幅甚至會對汽輪機軸瓦造成嚴重損壞，因此，對于汽輪機專業技術人員，研究掌握振動出現的原因并且深入研究其控制方法是有積極意義的，可以防患于未然，避免發生汽輪機損壞的嚴重事故。

通過長期的生產經驗總結特得出如下結論，低頻振動究其本質就是軸瓦中油膜被破壞不能可靠的維持軸系運轉，具體分析如下：

3.1、從采集到的數據分析可以得出，低頻振動發生時其頻帶較寬，但其主要頻率集中在25Hz附近，這種現象與機組發生半速渦動的狀態一樣，為低頻振動提供能量的主要來源就是轉子本身轉動的產生的能量。道理很簡單，在汽輪機正常運行時，軸系轉動攪動潤滑油，潤滑油也以一定的速度隨著軸做圓周運動。但是潤滑油轉動速度并不一致，其速度和離軸心的距離有關系，越靠近軸表面的潤滑油其速度基本和軸的轉速保持一致，而到了軸承壁的位置，這里的潤滑油基本不動，相對軸的速度就為零，因此，可簡單的認為潤滑油的平均速度是轉子軸轉速的1/2。于是潤滑油的渦動就會形成主頻為25Hz的一個頻帶，這個頻率與高中壓轉子的第一臨界速度相近，這就會產生共振而造成振動突然增大，超出允許范圍很多。

3.2、汽輪機組油膜的壓力與振動的大小也有很大的關系。這是因為，在汽輪機中油膜壓力的大小通常與軸承所承受的負荷大小成正比。當負荷重的情況下，油膜壓力大，這時機組運行平穩。相反，負荷較輕的時候油膜壓力也比較小，這時機組運行不穩定，非常容易產生低頻振動，并且發生的部位往往是機組的1#軸承。這是因為，汽輪機運行狀態下，凝結器為真空和灌水的狀態，3#與4#軸承座會降低，此時低壓轉子中心前移，2號軸承形成支點，從而導致1號軸承上翹，油膜壓力降低；此外高中壓轉子安裝方式為落地式軸承，高中缸的貓爪會對軸承座進行加熱，機組軸承溫度會升高60-70℃左右，如果機組中心在冷態下的調整量不足，1、2號軸承負荷較輕從而發生機組低頻振動。

3.3、機組擾動的產生會破壞軸承運行中的油膜，油膜一旦被破壞就會反過來導致軸承出現低頻振動現象。造成機組擾動主要有以下幾項原因：轉子的質量分配不平衡，以高中壓轉子一階不平衡分量對其影響尤為突出，不平衡分量的頻率與潤滑油半速渦動的頻率相同，容易產生共振；機組的中心位置達不到實際要求的精度，安裝檢修水平不夠，就會導致中心偏差量超出允許范圍，這樣不僅僅要產生擾動力，同時嚴重的還會直接將油膜破壞而出現低頻振動；汽缸內部動靜間隙配合的不一致以及間隙分配的不合理都會造成來自機組的氣流對轉子沖擊，其不平衡的作用力也會產生非常大的擾動力；同時由于機組閥門的控制方式的不同也會導致機組低頻振動的產生。

3.4、油膜震蕩就是在使用滑動軸承的高速旋轉機械上產生的振動現象，在震蕩發生前，振動的幅度并不大，振動的頻率主要與工作轉速保持一致，一旦油膜震蕩出現，振動的幅值迅速增大到一個最大值，并且維持振幅不變化。這個最大振幅值與運行時的轉速以及轉子的不平衡分量和軸承的型式有關系。油膜振蕩出現時振動的頻率從原來的工頻為主可以直接變成接近轉子轉速的一種狀態。

4、降低機組低頻振動的措施

4.1、通過控制機組運行中干擾力的產生。主要是維持轉子運行過程中速度和潤滑油膜的粘度保持正比關系，避免大的擾動里將油膜破壞，從而杜絕發生低頻振動。其歸納為以下幾種具體措施：

通過對機組中高低壓轉子動平衡測試，已經在線調整機組中心位置，保證機組旋轉部分的良好轉動性能，從而降低振動；增加機組對輪之間連接的剛度，避免機組負荷變化而產生的沖擊，通過改進機組對輪連接時緊固的方式方法，采用長伸長量螺栓同時緊固時采用電動液壓扳手進行反復轉圈緊固，保證對輪連接強度，避免運行中振動導致框量的產生；遇到機組大修的情況可反復調整高中壓轉子動靜部分的間隙，務必使其保持一致，從而可以有效的減小氣流沖擊作用，使氣流對轉子各個方向的作用效果相同，從而不會產生擾動力，保持轉子的平穩運轉。

4.2、增加1號瓦轉子軸頸處油膜的壓力。我廠目前安裝的200MW機組的振動監視結果中可以看出在1號瓦軸頸處的油膜壓力偏小，運行中發生低頻振動的情況非常明顯。造成油膜壓力小的原因可以歸納為以下幾種：

從汽輪機轉子結構來說，低壓轉子的兩端軸承座落在排汽缸上，高中壓轉子與低壓轉子相連后，由于機組運行中循環水的自重和加上低壓缸內部真空度很高，導致軸承座標高降低，而低壓轉子的重量是高壓轉子的兩倍，若此機組的中心差沒有調整合適，就會以2號軸承為支點上翹，而使導致1#軸軸頸處的油膜壓力降低；機組高中壓缸兩端的貓爪分別在1，2號軸承的軸承座上，由于貓爪和汽缸的產生的熱量將傳到軸承座，從而導致軸承座溫度升高；如果1號軸頸處的油膜壓力偏低，機組在運行中的振動特性與汽流的作用有很大的關系。

不同的運行方式對機組的振動也有不同的影響，主要是1號軸頸處負荷較輕，運行不穩，容易受到各種干擾力的影響而產生振動；機組大修后安裝時，高中壓轉子與低壓轉子中心都是參考汽輪機出廠數據進行調整，但是各臺機組安裝運行過程中產生的變化晴況會不一致，因此靜態下所找中心往往與運行起來的實際中心位置存在偏差，這就會導致機組運行過程中振動的產生。

4.3、可以選用具有強抗振能力的瓦塊式軸承。目前我廠汽輪機組1，2號瓦都為4瓦塊式軸承，這種徑向軸承可以自動調整中心，機組運行中，該瓦塊軸承可以隨著油層的壓力自由運動調整位置，從而可以隨著轉速和負荷變化進行位置動態的跟蹤。位置穩定后油膜對軸承上每塊瓦的作用力方向都是通過軸頸中心線的，因此不會產生側向互動的力量，能有效避免油膜自激振蕩和間隙振蕩，同時對于不平衡振動也有很好的限制作用。

5、總結

通過長時間對汽輪機低頻振動現象的診斷以及故障處理，在實際中積累了大量的寶貴經驗，能夠對本廠汽輪機組低頻振動現象進行檢查、分析、診斷、排除。保證汽輪機組運行的良好狀態。