汽輪機出現(xiàn)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(xiàn)象，其誘發(fā)因素可以具體的概括為以下幾個方面：

1.1 汽輪發(fā)電機的油膜震蕩

1.1.1 油膜震蕩產(chǎn)生原因

發(fā)電機油膜自激震蕩是由于汽輪發(fā)電機轉子在軸承油膜上高速旋轉時，喪失穩(wěn)定性的結果。穩(wěn)定時，轉軸是圍繞軸線旋轉的。當失穩(wěn)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(xiàn)為激烈的振動。油膜振動具有下列特征：第一，油膜震蕩一經(jīng)發(fā)生，振幅便很快的增加，使機組產(chǎn)生激烈振動。這種振動隨著轉速的升高，振幅并不減小。失穩(wěn)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(xiàn)。第二，當油膜震蕩時，振動的主頻率約等于發(fā)電機的一階臨界轉速，且不隨轉速升高而改變。第三，由于發(fā)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(fā)生油膜震蕩的軸承，頂軸油壓也發(fā)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(jīng)驗總結和數(shù)據(jù)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?shù)奶嵘S瓦比壓的數(shù)據(jù)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(jù)實際需要選用不同型號的潤滑油，出現(xiàn)幽默震蕩時，應該使用粘性比較小的潤滑油。此外，震蕩發(fā)生主要是由于各個部位的受力不均勻，出現(xiàn)了力的偏差，盡量實現(xiàn)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(jù)實際情況進行靈活選擇，這與操作人員的工作經(jīng)驗和業(yè)務能力密切相關。

1.2 汽輪發(fā)電機的汽流激振

1.2.1 汽流激振產(chǎn)生的原因

氣流引發(fā)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(jù)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(shù)值時，汽輪機的軸承承載能力會發(fā)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(fā)的汽輪機轉動方向是順時針方向的。（4）發(fā)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(fā)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(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。

1.2.2 汽流激振故障解決對策

氣流引發(fā)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(xiàn)象和震動強度進行綜合性的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)匯總，并將這些數(shù)據(jù)做成一個數(shù)據(jù)曲線，通過對數(shù)據(jù)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(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避免汽流激振。

1.3 汽輪發(fā)電機轉子熱彎曲

1.3.1 轉子熱彎曲產(chǎn)生原因分析

轉子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)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(fā)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(yè)，容易產(chǎn)生變形，進而導致運行的震動。對于這種現(xiàn)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(fā)電機的摩擦振動

1.4.1 摩擦振動產(chǎn)生原因

摩擦振動的特征：一是，由于轉子熱彎曲將產(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)生摩擦時，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。渦動等現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)生相應的磨損，可能導致局部構建出現(xiàn)磨損。因此，需要定期對其進行系統(tǒng)的檢查。通常情況下，需要安排專業(yè)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(fā)現(xiàn)有嚴重摩擦的現(xiàn)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(chǎn)生可能在安裝的過程中、運行的過程中、以及后期的養(yǎng)護過程中等，筆者結合相關的工作經(jīng)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(shù)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(xiàn)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(shù)值超過額定數(shù)值之后，受力就會出現(xiàn)不均勻，這樣，汽輪機自然會發(fā)生振動。另外，由于高溫導致的熱變形也是發(fā)生振動的一個重要原因。

結語

未來，我國電力企業(yè)的汽輪機養(yǎng)護和管理工作必須形成一個完整的體系，進行相關專業(yè)人員的定期業(yè)務培訓，從汽輪機的安裝到使用再到后期的養(yǎng)護，都需要由專業(yè)的負責人員來完成，并將發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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。

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