汽輪發電機組異常振動原因分析及處理方法

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(大唐長春第二熱電有限責任公司，吉林 長春130031)

振動現象在火力發電廠汽輪發電機組中普遍存在。汽輪發電機的振動大小,是評價機組運行可靠性的重要指標。對于轉動的設備來講，微小的振動是難以避免的，只要振動幅度不超過規程規定標準的屬于正常振動，設備可以繼續正常運行。汽輪機的異常振動，是指機組轉動中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過允許標準的振動。任何一種異常振動都潛伏著設備損壞的危險。發生強烈振動會導致機組其他零部件松動甚至損壞，加劇動靜部分摩擦，形成惡性循環，加劇設備損壞程度。

異常振動是汽輪發電機運轉中隱患的綜合反映，是機組發生故障的信號。振動超標的則必須查找原因，采取措施將振動降到合格范圍內，才能投入正常運行。

1 汽輪機異常振動原因分析

汽輪機組承擔著火力發電企業發電任務的重點工作。由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現，嚴重影響發電機組的正常運行。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質都會是機組振動的原因，如進汽參數、疏水、油溫、油質等。

受熱的機件安裝的不正確，在冷態安裝時沒有考慮它們熱態工作時的自由熱膨脹、熱變形，使得機件在受熱工作時不能自由膨脹而變得有些彎曲，破壞平衡。如各種軸在受熱無處膨脹時，將被頂彎，失掉平衡，造成振動；機殼受熱不能自由膨脹時，也會變形引起振動。某些機件配合尺寸不符合要求，如軸封片與軸頸配合間隙不對，配合過緊，則在受熱時軸頸與密封片相摩擦，引起振動。軸承有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫層、龜裂；軸承與軸瓦安裝間隙不合適；瓦殼在軸承座中松動；軸承動態性能不好，發生半速渦動或油膜振蕩等，造成振動。機組基礎不符合要求或基礎下沉，都會使機組發生振動。

針對導致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關鍵。下面就引起汽輪機組異常振動的主要原因:汽流激振、轉子熱變形、摩擦振動進行簡要分析。

1.1 汽流激振

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。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，氣體在葉片膨脹末端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 轉子熱變形

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啟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。由于引起了轉子彎曲變形而導致機組異常振動。轉子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉子質量偏心類似，因而都會產生與質量偏心類似的旋轉矢量激振力。

與質心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產生錐形運動，因而在軸向還會產生較大的工頻振動。另外，轉軸彎曲時，由于彎曲產生的彈力和轉子不平衡所產生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉軸的振幅在某個轉速下會有所減小，即在某個轉速上，轉軸的振幅會產生一個“凹谷”，這點與不平衡轉子動力特性有所不同。當彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發生在臨界轉速以下；當彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發生在臨界轉速以上。

1.3 摩擦振動

摩擦振動的特征主要包括以下三個方面：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。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。

對汽輪機轉子來講，摩擦可以產生抖動、渦動等現象，但實際有影響的主要是轉子熱彎曲。動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，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。

2 汽輪機異常振動故障排除

針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間的記錄每次機組振動的數據，連同機組滿負荷時的數據記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，觀察曲線變化情況。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。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來避免汽流激振的產生。

轉子熱變形的故障處理，如果具備條件，可以考慮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。 也可以對轉子進行修復，對轉子中心孔探傷時，里面涂的油一定要清理干凈，并把堵頭堵好。由于汽輪機轉子中心孔堵頭上的排氣孔與外界相通是發生轉子中心孔進油的主要原因，因此在安裝時應進行檢查，若發現有排氣孔就應把它堵死。制造廠應取消汽輪機轉子中心堵頭的排氣孔或者采用實心轉子。此外，有些轉子中心孔進油是從轉子前面吸入的，所以安裝時還要檢查調速器小軸是否存在進油的隱患。

檢修時，把前軸承座下部支承面精加工處理，消除凹坑，對缸內磨損的汽封齒進行修復，更換球形墊及下部調節系統，前端軸封套、平衡盤汽封套、轉子、軸承。前軸承座就位后，以缸體為基準，按原始安裝標準重新調整軸承座的高度，水平度和左右位置，使軸承座中心同缸體中心同心。

3 加強振動監測

大唐長春二熱公司六臺200MW機組都裝設了軸系監控裝置，對振動實施在線監控，給振動監測工作創造了良好的條件。在機組啟停是，也需要攜帶型振動表定期測試核對。在正常運行時，還應明確規定測試振動的周期，給汽機運行專業人員和運行現場配備較高精密度的振動表，并建立專業人員保存的和運行現場保存的振動測試登記簿，按規定周期測試并將測試結果記入登記簿。測試中發現振動比上次測試結果增大時，專業人員應及時向領導匯報，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時增加振動測試次數，以監測是否繼續增大。

運行中如發現機組振動異常時，應立即使用現場保管的振動表進行測試，如振動比上次測試結果增加了0.05mm時，應立即打閘停機。如振動增加雖未達到0.05mm，但振動異常時聽到機組有響聲（如掉葉片等），或機內聲音異常時，也應停機進行檢查。對一般的振動增大，也應向上級匯報，以便組織分析原因，采取措施。

4 結論

總之，機組振動測試結果是研究分析機組運行狀況的重要技術依據。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，必須在機組振動突然增大達到規程規定值時，及時果斷地將機組停運，防止擴大損壞設備。及時對比分析數據，查找原因，并采取措施防止設備損壞事故的發生。

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