汽輪機震動現象及原因分析

楊優才

摘 要：汽輪機組振動異常在工業生產中是一個非常常見的問題，這類問題產生的原因當然有很多方面，與制造、安裝、運行水平、檢修等有著很直接的關系。本文從汽輪機的震動分析、影響因素及診斷進行了探討。

關鍵詞：汽輪機；震動；診斷

汽輪機是一種以蒸汽為工質，并將蒸汽的熱能轉為機械功的旋轉機械，是現代發電廠中應用最廣的原動機，由于轉動部分不可能絕對平衡，故在工作時會引起機組的振動。當零件的自振頻率和激振力頻率合拍時會引起共振，使零件所受的動應力變大，引起零件的疲勞損壞。

1 汽輪機振動故障分析

機組轉子受周期性的不平衡力產生受迫振動，產生不平衡力的原因很多。按力的性質可分為：不平衡離心力、發電機不平衡的電磁力、軸承油膜不平衡的作用力和蒸汽對轉子作用的不平衡周向力。引起汽輪機組異常振動主要有以下幾個方面：汽流激振、轉子熱變形、摩擦振動等。

汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數的影響明顯，且增大應該呈突發性，如負荷。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調速汽門重調特性，消除氣流激振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，由于引起了轉子彎曲變形而導致機組異常振動。針對轉子熱變形的故障處理就是更換新的轉子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產生，機組也就不會出現異常振動。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；二是發生摩擦，摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大；三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。機組的振動不可避免，只要振幅不超過允許值，不影響安全運行。但軸承支撐剛度不足，可能使振幅放大，原來合格的振動變為不合格。

2 汽機振動的影響因素

汽輪機振動的大小直接關系到機組能否安全運行，引起機組振動過大或者不正常的原因有很多，既有設計制造方面的原因，也有運行方面的原因，還有安裝和檢修等方面的原因。

⑴設計制造方面。汽輪機轉子是一個高速旋轉的機械，如果轉子的質心與旋轉中心不重合則會因為轉子的不平衡而產生一個離心力，這個離心力會對軸承產生一個激振力而使之引起機組振動，如果這個離心力過大，則機組的振動就會異常。所以，汽輪發電機轉子在裝配時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。

⑵安裝和檢修方面。軸承的標高。不管是汽輪機還是發電機轉子，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的范圍內，那么轉子兩端軸承的負荷分配就不合理；軸承自身特性。軸承自身特性對機組振動的也會產生影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面；機組中心。嚴格來講，機組中心應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；滑銷系統。滑銷系統用于引導機組膨脹的，當由于某種原因使滑銷系統卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，當機組的膨脹受到限制時就會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；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。

⑶運行方面。機組膨脹。當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，減少機組的壽命；另一方面就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；潤滑油溫。潤滑油在軸瓦內形成的油膜如何又是影響轉子穩定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應該在一個合理的范圍內，過高過低都對油膜的形成不利。

3 常見振動故障診斷

⑴轉子質量不平衡。轉子質量不平衡的一般特征：最關鍵的特征是穩定的工頻振動在整個信號中占主要成分。汽輪發電機組轉子的質量不平衡產生的原因有三個：原始不平衡；轉動過程中的部件飛脫、松動；轉子的熱彎曲。其中原始不平衡是主要原因。

⑵轉子的彎曲。轉子熱彎曲引起的質量不平衡的主要特征是工頻振動隨時間的變化。轉子熱彎曲產生的原因：新機轉子的熱彎曲一般來自材質熱應力。只要沒有使轉子發生永久塑性變形，這類熱彎曲都是可以恢復的，引起熱彎曲的根源消除后，工頻振動大的現象也會隨之自行消失。

⑶動靜碰摩。隨著現代機組動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。碰摩的診斷是目前具有一定難度的主要振動故障。每年全國都會有幾臺大機組發生動靜碰摩而出現大振動，但在處理過程中卻往往要走彎路。需要進行多次開機，平衡加重或支撐加固，為此延誤數周已是常事。最終開缸檢查，方發現汽封或通流部分已嚴重摩擦。碰摩原因：轉軸振動過大。

⑷油膜失穩和汽流激振。這是一種自激振動。自激振動中，維持振動的擾動力是由它自身的運動所產生并受其控制的，一旦運動停止，擾動力隨之消失；自激振動以它本身的固有頻率振動，與外界激振力頻率無關。強迫振動中，持續作用的交變力獨立于運動存在著，即使振動停止，它仍然會存在。系統振動的頻率與交變作用力的頻率相等。