汽輪機出現異常振動原因分析與探討

袁春光

（哈爾濱電氣國際工程有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 汽輪機常見異常振動的分析及解決對策

汽輪機的異常震動現象，其誘發因素可以具體的概括為以下幾個方面：

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

通過大量的實踐經驗總結和數據分析，我們基本上總結出以下幾點具體的應對油膜震蕩的措施：首先，可以適當的提升軸瓦比壓的數據值；其次，盡量的縮小軸瓦之間的間隔，這樣就能夠很好的控制震動的頻率和強度；再次，盡量的壓低軸瓦和軸頸之間的角度；最后，可以根據實際需要選用不同型號的潤滑油，出現幽默震蕩時，應該使用粘性比較小的潤滑油。此外，震蕩發生主要是由于各個部位的受力不均勻，出現了力的偏差，盡量實現兩側的受力平衡，也是一個比較好的處理辦法。當然在實際的處理過程中，實際措施需要根據實際情況進行靈活選擇，這與操作人員的工作經驗和業務能力密切相關。

1.2 汽輪發電機的汽流激振

1.2.1 汽流激振產生的原因

氣流引發的汽輪機震動是有一定的特征的，在進行處理時，首先可以依據這些特征進行震動性質的劃分，便于進而采取處理的措施。具體特征主要有：（1）當汽輪機的運動負荷超過其最大的額定數值時，汽輪機的軸承承載能力會發生變化，進而導致急速的震動，當負荷減少時，震動也隨之逐漸的減小；（2）強烈振動的頻率約等于或低于高壓轉子一階臨界轉速；（3）氣流引發的汽輪機轉動方向是順時針方向的。（4）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

氣流引發的震動異常處理措施比較復雜，通常需要對該汽輪機的震動現象和震動強度進行綜合性的數據分析和調查。為了提高故障處理的能力和故障處理措施的質量，需要進行至少一年的震動和運行狀況數據匯總，并將這些數據做成一個數據曲線，通過對數據曲線的變化和幅度分析，最終明確氣流的強弱分布。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

轉子在運行一定時間后，或者是長時間運行后，由于高溫作業，容易產生變形，進而導致運行的震動。對于這種現象，沒有比較好的處理辦法，主要的措施是更換新的轉子。

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

汽輪機運行一定時間后，會產生相應的磨損，可能導致局部構建出現磨損。因此，需要定期對其進行系統的檢查。通常情況下，需要安排專業的機械檢查人員，對所有的汽輪機進行整體檢查，主要以設備的運行狀況為主，發現有嚴重摩擦的現象，及時采取措施制止。這樣就能夠防患于未然，既能夠減少機械維護的費用，又能夠延長汽輪機的使用壽命。

2 對汽輪機異常振動故障采取的措施

由于汽輪機故障的原因比較復雜，所以在進行故障處理時，也需要進行具體問題的具體分析，通常來說汽輪機故障產生可能在安裝的過程中、運行的過程中、以及后期的養護過程中等，筆者結合相關的工作經驗和理論技術，提出了如下幾種常見的故障處理辦法，希望能夠在實際的操作中給相關工作人員一定的參考和借鑒。

2.1 汽輪機的振動頻率問題

汽輪機的震動是存在頻率的，對于震動故障的解決，首先應該明確分析其頻率的具體數值。從物理學的角度分析，汽輪機的頻率與汽輪機震動的相位密切相關。通常來說，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

汽輪機的振動與負荷有一定的關系，負荷數值超過額定數值之后，受力就會出現不均勻，這樣，汽輪機自然會發生振動。另外，由于高溫導致的熱變形也是發生振動的一個重要原因。

結語

未來，我國電力企業的汽輪機養護和管理工作必須形成一個完整的體系，進行相關專業人員的定期業務培訓，從汽輪機的安裝到使用再到后期的養護，都需要由專業的負責人員來完成，并將發現的問題和故障及時記錄和存檔，以便于后期相關問題的處理。通過系統化的管理和操作，未來我國汽輪機的整體應用水平必然會提升。

[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.

[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.