汽輪發電機組振動的影響因素分析

寇順福

(山東新龍集團有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發電機組振動的影響因素分析

寇順福

(山東新龍集團有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發電機組振動是機組運行的重要參數之一，機組振動的大小是研究分析機組運行狀況的重要技術依據，重點從設計制造、安裝檢修和運行3個方面分析了影響汽輪發電機組軸承振動的因素，并提出了相應的對策措施，以防止設備損壞事故的發生。

汽輪發電機組；振動；設計制造

0 引言

汽輪發電機組振動的大小直接關系到機組能否安全運行，引起汽輪發電機組振動過大或者異常的原因有很多，既有設計制造方面的原因，也有安裝和檢修方面的原因，還有運行等方面的原因。

1 設計制造方面

汽輪發電機轉子是一個高速旋轉的部件，如果轉子的質心與旋轉中心不重合則會產生一個離心力，這個離心力會對軸承產生一個激振力，進而引起機組振動。如果這個離心力過大，則機組的振動就會異常。所以，汽輪發電機轉子每裝配一級葉片都應該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其進行低速和高速動平衡試驗，以確保將轉子的不平衡量控制在一個合格的范圍內。

在制造過程中，產生汽輪發電機轉子不平衡量較大的原因主要是機械加工精度不高和裝配工藝質量較差，因此，只有提高機械加工精度、保證工藝裝配質量，才能保證轉子的原始不平衡量較小。另外，如果機組的設計不當也會引起機組的振動。例如：在設計階段，如果機組的支持軸承選取不當，其穩定性較差，那么汽輪發電機轉子極小的不平衡量也會引起機組較大的振動。軸承的油膜形成不好也極易誘發油膜振蕩而產生振動。

2 安裝和檢修方面

汽輪發電機組在安裝和檢修過程中的工藝質量對機組振動的影響非常大，根據對現場機組振動的分析，很多汽輪發電機組的振動過大都是由于安裝和檢修不當引起的。針對現場的安裝和檢修情況，下面重點介紹對機組振動有明顯影響的幾個因素。

2.1 軸承標高

不管是汽輪機還是發電機的轉子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標高不在設計要求范圍內，那么轉子兩端軸承的負荷分配就不合理。負荷較輕的一邊，軸瓦內的油膜將會形成不好或者根本不能形成，這樣就會誘發機組的自激振動、油膜振動和汽流激振等；而負荷較重的一邊，則會出現軸瓦溫度升高，當軸瓦烏金溫度達到一定值時，很容易產生烏金過熱現象，從而造成機組的振動。

因此，在汽輪發電機組大修或者安裝時，應該根據制造廠家的技術要求，再結合現場的實際情況對機組軸承標高進行認真調整。因為制造廠家提供的數據是根據機組冷態時的情況再綜合一般機組受熱后膨脹的情況得出的，而各臺機組的實際情況不盡相同，因此受熱后的膨脹也不完全一樣，所以機組軸承標高調整必須結合各機組的實際情況。

2.2 軸承自身特性

軸承自身特性，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等，對機組的振動也會產生影響。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，則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緊固。在現場，經常發現由于連接螺栓未緊固而引起振動的現象。

2.3 機組中心

機組中心包括轉子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉子各軸承的標高、軸系連接的同心度和平直度。

如果轉子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起氣流激振、電磁激振或動靜碰磨。若發生碰磨，則會使轉子發生熱彎曲而引起不穩定的普通強迫振動。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、端面瓢偏、連接螺栓緊力明顯不對稱時，即使圓周和端面中心數據調整得很正確，也會使軸系不同心和不平直。當轉子處于旋轉狀態時，軸系同心度和平直度會直接影響振動的激振力，進而引起機組的振動。

2.4 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要產生膨脹，因此使用滑銷系統引導機組膨脹。當滑銷系統因某種原因而卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，從而引起機組產生較大的振動，嚴重時將導致不能開機或引起動靜碰磨，造成更大的破壞。由于現場經常出現因膨脹受到限制而無法開機的情況，在檢修和安裝期間應該對此情況高度重視。

2.5 動靜間隙

汽輪機轉子與汽缸和汽、軸封之間以及發電機轉子與靜子之間都存在間隙。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，可能會引起蒸汽外漏或者空氣內漏，從而影響機組的效率和真空；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，如果它們之間的間隙過小，則會引起動靜碰磨，從而使機組的振動超標。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非常重要。

2.6 轉子結垢

機組在大修期間，一般都要對汽輪機葉片上的結垢進行清理，在進行除垢時應該保證除垢方法的正確性，同時要對整個轉子進行除垢，否則可能會在轉子上產生新的質量不平衡。

2.7 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，在檢修期間如果不慎讓異物(包括油、水等)進入中心孔，則在轉子回裝復原后開機，機組就可能會出現振動異常的現象。

2.8 活動部件

檢修期間如果有活動部件進入汽輪機，大修后開機，活動部件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。如果發電機內存在活動部件，一方面可能會引起發電機內部短路，另一方面可能會引起機組振動的不穩定，給機組振動的診斷帶來困難。

3 運行方面

機組的振動除了與上述的各方面因素有關外，還與機組的運行狀況有很大的關系。

3.1 機組膨脹

機組的膨脹受其滑銷系統制約。即使滑銷系統本身不存在問題，如果運行人員操作不當，機組也會出現膨脹不暢的問題。例如，在開機過程中，若機組的暖機時間不夠或者升速加負荷過快，則機組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產生熱應力，減少機組的使用壽命；另一方面會引起過大的膨脹差，從而影響機組的開機過程。當機組的膨脹不充分時，極易引起機組的動靜碰磨而產生振動。

3.2 潤滑油溫

軸頸在軸瓦內的穩定性決定了機組振動的大小，當軸頸穩定性太差時，外界因素的變化很容易引起機組振動。而潤滑油在軸瓦內形成的油膜又是影響轉子穩定性的另一個重要因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關外，還與潤滑油油溫有關。潤滑油油溫應控制在一個合理的范圍內，過高或過低都會對油膜的形成產生不利影響。

3.3 軸封進汽溫度

每個軸封的進汽溫度都不一樣，在運行規程所允許的范圍內調整軸封進汽溫度會對機組的振動產生一定的影響。軸封進汽溫度對機組振動的影響主要表現為進汽溫度對軸承標高的影響和對端部汽封處動靜間隙的影響。

3.4 機組真空和排汽缸溫度

機組真空和排汽缸溫度相輔相成，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機組來說，排汽缸溫度的變化主要表現在對軸承標高的影響上，所以會對機組的振動產生影響。

3.5 發電機轉子電流

當電流通過發電機轉子時會產生熱量，這部分熱量會使發電機轉子產生膨脹。當發電機轉子本身存在一定量的質量不平衡時，膨脹會使該不平衡量產生的力矩發生改變，從而引起機組的振動變化。當發電機轉子自身膨脹不均時，即使冷態情況下質量平衡較好，也會由于膨脹的不均而產生動態的質量不平衡。

此外，如果發電機轉子內部本身存在短路情況，當電流通過發電機轉子時會產生局部放熱過大的現象，該處的轉子由于受到較多的熱量聚積而膨脹較大，與其他地方的膨脹產生差別，從而形成動態的質量不平衡。

3.6 斷葉片

當汽輪機發生斷葉片時，轉子的質量分布明顯發生改變，因此機組的振動會發生明顯的變化。這種情況在現場有時可能不會被察覺，因為振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現場大多數儀表只能監視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片現象的發生，除了在設計制造和安裝檢修期間采用適當的措施外，在運行中增減機組負荷時還應盡量平穩。

4 結束語

總之，機組的振動情況是研究分析機組運行狀況的重要技術依據。多年來，不少機組因振動大而拖延了投產期和檢修期。對生產運行來說，接收了振動符合標準的機組以后，還必須加強振動監督，對振動監測做到制度化、經常化，在機組振動突然增大達到規程規定值時，要及時果斷地將機組停運，以防止損壞擴大，并采取措施防止設備損壞事故的發生。

1 李業堂．1 000 MW直接空冷汽輪機振動保護動作分析與處理[J]．電力安全技術，2013(10)．

2014-03-24。

寇順福(1983-)，男，助理工程師，主要從事汽機運行方面的工作，email：koushunfuyouxiang@163.com。