汽輪發電機組振動的影響因素分析

摘要：汽輪發電機組安裝工程是工業安裝工程中常見的關鍵工程，其安裝質量的好壞關系到機組的穩定性及持續運行的能力，而機組的振動問題則是汽輪發電機組安裝中最常見的問題。一般而言，汽輪發電機組的振動有很多方面的原因，既有設計制造方面的，又有安裝和運行方面的原因。本文簡單分析汽輪發電機組振動產生的原因，為今后汽輪發電機組的安裝及檢修做一定的參考。

關鍵詞：汽輪機組；振動；影響因素

1.質量不平衡

汽輪發電機組是由汽輪機和發電機組成，通過軸承及端蓋將汽輪機和發電機連接組裝起來的，由汽輪機帶動發電機轉子在定子中高速旋轉切割磁力線，從而產生感應電勢[1]的設備機組。因此當轉子的質心與旋轉中心不重合時，就會在運行的過程中形成了離心力，產生周期性的擺動造成對軸承的壓迫。質量不平衡時不僅會產生振動，還會造成機組的整體磨損。

汽輪發電機組轉子的質量不平衡產生的原因一般有以下幾方面 ：

1.1.由加工制造時機械加工精度不夠和裝配質量較差引起的原始不平衡。

1.2.轉子發生熱彎曲.此時不但引起振動，還很有可能引起汽輪機動靜部件之間的摩擦。因轉子熱彎產生的振動表現為顯著的軸向振動。尤其當通過臨界轉速時，其軸向振幅增大得更為明顯。

1.3.轉動部件飛脫、松動。機組在轉動過程中，若葉片、圍帶、拉金以及平衡質量塊產生飛脫，以及護環、轉子線圈、槽楔、聯軸器等產生松動，均會使汽輪發電機組產生振動。

所以，在制造時，汽輪發電機轉子在裝配時每裝配一級葉片都應對該級葉片進行動平衡試驗，整個轉子裝配完成后在出廠之前還應該對整個轉子進行低速和高速動平衡，以確保轉子的不平衡量在一個合格的范圍內。在安裝、維修時，要特別注意轉動部件連接的牢固性，確保轉動部件與軸的連接強度在要求的范圍內，避免運轉時飛脫及松動。在試運轉時，要注意軸承的升溫及振幅，及時排除影響因素及安裝問題。不得在出現異常時任由軸承升溫及振動而不停車，造成機組損壞。

2.機組安裝坐標系偏差

汽輪機組有多個部件組裝而成，各部件反映在坐標系上的相對位置應是確定的。而在具體安裝時，因設備的制作精度、設備基礎質量、安裝施工工藝等眾多因素的影響，各部件的實際安裝位置或多或少都存在一定偏差，因此機組運行時的狀態也會與理論狀態不一致。而當機組的支撐轉子各軸承的標高、轉子與汽缸或定子的同心度、軸系連接的同心度和平直度等偏差超過一定范圍時，就有可能造成機組的振動。

2.1.軸承標高

發電機組由汽輪機及發電機兩端的軸承支撐，若汽輪機和發電機兩端軸承標高或者是汽輪機與發電機軸標高不在一個合理的范圍內，則會導致軸承兩端的受力不均勻。受力小的一端，軸瓦內油膜形成不好或者無法建立油膜，從而導致機組自激振動、油膜振動和汽流激振等；受力大的一端，摩擦力增大，起熱速度過快，則將引起軸瓦烏金溫度升高，而當軸瓦烏金溫度升高到一定值時，就會因受熱膨脹產生碾瓦現象，引起機組的振動。

2.2.轉子與汽缸或定子的同心度

轉子在汽缸和定子內做高速轉動要受到蒸汽阻力、電磁場及軸承摩擦等阻力，如果轉子與汽缸或定子的同心度偏差過大，則轉子在圓周內的受力就會變得不均勻，引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。若碰磨發生在轉軸處，則會使轉子發生熱彎曲而引起不穩定普通強迫振動[2]。

2.3.軸系連接的同心度和平直度

當聯軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯軸器法蘭止口或螺栓孔節圓不同心、端面飄偏、連接螺絲緊力明顯不對稱時，不論圓周和端面如何正確，當把連接螺栓擰緊后，都會使連接軸系不同心和不平直，還會使轉子產生預載荷。當轉子處于旋轉狀態時，軸系同心度和平直度會直接產生振動的激振力，引起機組振動。另外，靠背輪安裝不正確，中心沒找準，也會產生振動，此振動隨負荷增加而增加。

3.機組本身特性

3.1.軸承自身物理特性

軸承自身特性對機組振動的影響主要包括軸瓦緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩定性，如果軸承的穩定性太差，在外界因素的影響下容易使機組振動超標。軸承的連接情況主要對軸承剛度產生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊，在現場經常發現由于連接螺栓未擰緊而引起振動的現象。

3.2.動靜間隙

汽輪機轉子與汽缸和軸封之間以及發電機轉子與靜子之間都存在一定的間隙，當間隙的大小處在規定的范圍內時，機組才能正常運行。當汽輪機轉子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機內效率會降低；當汽輪機與軸封之間的間隙過大時，可能引起蒸汽外漏或者空氣內漏，從而影響機組的效率和真空度；當發電機轉子與靜子之間的間隙過大時同樣會影響發電機的效率。但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動靜碰磨，進而會使機組的振動變化，以至于機組的振動超標。因此合理調整隔板汽封、端部汽封以及發電機轉子與靜子之間的間隙是非常重要的。

3.3.滑銷系統。

不論是汽輪機還是發電機，當機組帶負荷受熱后都會產生膨脹，為避免機組自由膨脹造成機組故障，汽輪發電機組一般都采用了滑銷系統來引導機組膨脹方向。但是當滑銷系統卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，導致葉輪與汽缸、轉子與定子間隙變小或不均勻，引起機組較大的振動，嚴重時以至于不能開機或者引起動靜碰磨而造成更大的破壞[3]。

3.4.轉子中心孔

現代汽輪機轉子大軸大都留有中心孔，在中心孔兩端用堵頭封堵，在安裝、檢修期間如果不慎讓異物（包括油、水等）進入中心孔，這樣的轉子安裝后因動平衡已被破壞，機組運行時就會出現振動異常的現象。

汽輪機轉子中心孔進油在生產中時有發生。造成轉子中心孔進油的原因通常有兩種可能：A.中心孔探傷后油沒及時清理干凈，有油殘存在孔內；B.大軸端部堵頭不嚴，運轉起來后由于孔內外壓差使潤滑油被逐漸吸入孔內。

4.運行原因

機組發生振動除了與設計、制造、安裝和檢修的各方面因素有關外，還與機組的運行狀況存在很大的關系。機組在生產運轉中經常會因為以下情況而造成機組振動增大。

4.1.機組膨脹

機組啟動時，若暖機時間不夠，升速或加負荷太快，均會使汽缸受熱膨脹不均勻，造成葉片與汽缸間隙變化及相對歪斜，使得受力不均從而產生振動，嚴重時還會因為碰磨造成葉片碰損、斷裂。

前面已經知道，滑銷系統是用來引導機組膨脹的裝置，失去滑銷系統的制約汽輪發電機組會出現振動及故障。但是當滑銷系統沒有卡澀問題時，若運行人員操作不當，機組的膨脹同樣會失去控制，造成設備振動及故障。

4.2.潤滑油溫

汽輪發電機組中，當軸承無法形成油膜時，轉子轉動阻力會大大增加，造成碰磨振動，并因摩擦升溫刮傷或燒毀烏金軸瓦。油膜的形成除了和軸瓦有關外，還與潤滑油的油溫有很大的關系。因此，潤滑油溫是機組試運轉及連續運轉的檢測重點，操作人員根據檢測溫度及時調整，使潤滑油溫在一個合理的范圍內，既不過高也不過低，有效地降低機組的摩擦力，減小振動發生的概率。

4.3.機組真空和排汽缸溫度

機組運行時，機組的真空和排氣缸溫度是互相關聯的，若真空下降，將使排汽溫度升高，反之亦然。對于后軸承坐落在排氣缸上的機組而言，排氣缸溫度的變化會造成后軸承座升抬或降低，因而破壞機組的中心引起振動。

5.其他故障

5.1.發電機故障

發電機轉子通過多組繞組產生自勵磁，隨著機組運轉勵磁電流逐漸增大到工作電流。該電流通過線圈時同樣會產生熱量，使轉子產生膨脹。當發電機轉子本身存在一定的質量不平衡時，膨脹就有可能會使不平衡力矩增大到合理范圍外，造成機組振動。另外，當發電機負載不平衡、軸向磁力不對中或者轉子線圈匝間短路時，也會使轉子在不同位置受到的電磁阻力不均勻，最終造成發電機振動。

5.2.施工雜物

安裝、檢修時如果有施工雜物進入汽輪機，開機后雜物可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機葉片，從而造成嚴重的事故，并引發機組振動；如果發電機內進入雜物，既可能引起發電機內部短路，也可能引起機組振動。這在安裝和維修過程中都是絕對應該避免的，應嚴格做好上下工序的檢查，尤其是隱蔽工程的檢查。

6.結束語

汽輪機發電機組產生振動的情況有很多，微小的振動是不可避免的，但機組的異常振動則預示著機組設計、制作、安裝或維修的某個或某些方面出了問題，應予以重視找出問題所在并及時消除隱患，避免。本文從5個方面較全面地分析了汽輪發電機組振動的原因，安裝、維修時還應結合設備資料認真組織施工，避免因安裝可能引起的振動；運行時則應加強機組振動監控，對比現象多方面分析，靈活應用找出振動原因，及時果斷地處理問題，防止擴大損壞。

參考文獻：

[1]宋宏超.汽輪發電機組振動的主要影響因素[J].科技創新與應用，2012，25：145.

[2]徐可忠.淺談汽輪發電機組振動的主要影響因素[J].經營管理者，2011，19：379.

[3]趙斌.汽輪發電機組振動的影響因素分析[J].科技與企業，2012，21：282.