汽輪發電機組振動故障診斷的研究

陸玉茜

摘 要：熱電廠的正常生產運行離不開汽輪機組，汽輪機的安全穩定運行對熱電廠有著特殊的重要性。汽輪機組的結構復雜，是熱電廠的重要機電設備，其運行環境也是有著特殊的要求，其在長期的運行過程中，由于受到多種因素的影響，出現問題和故障是不可避免的。汽輪機如果頻繁地出現故障，必然導致汽輪機組停運，從而對電廠造成嚴重的經濟損失。因此，為了保證電廠的正常運行和經濟利益，就必須要求員工能對于汽輪機的故障進行快速的診斷和檢修。

關鍵詞：汽輪機組 異常振動 處理措施

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0043-01

本文以某電廠汽輪機組的振動監測與故障診斷為工程研究，從分析汽輪機組常見典型振動故障及特征入手，對轉子不平衡、轉子不對中、內部摩擦、間隙振動等典型故障及特征進行了系統分析，在此基礎上，把振動診斷原理運用到汽輪機的現場早期故障的發現和診斷中是本論文的核心部分，文章根據振動突發、頻譜等特征，準確判斷葉片斷裂故障，進行了汽輪機組葉片斷裂振動故障分析與處理，最終達到消除振動的目的，確保汽輪機組的正常運行。

1 汽輪機組常見故障分析

1.1 轉子質量不平衡引起的振動

（1）彈性彎曲而引起的振動。這種振動表現為軸向振動，尤其當通過臨界轉速時，其軸向振幅增大得更為顯著。（2）油膜不穩定或受到破壞而引起振動。這將會使軸瓦烏金很快燒毀，進而將引起因受熱而使軸頸彎曲，以至造成劇烈的振動。

1.2 轉子不對中引起的振動

軸系不對中本身不會產生振動，主要影響到油膜性能和阻尼，在轉子不平衡時，由于軸承不對中對不平衡力的反作用，會出現工頻振動；當其不對中過大時，有可能使轉子失穩或產生磁摩，在一定條件下會出現高次諧波振動（負荷大時）或引起油膜渦動進而導致油膜振動（負荷輕時）。而軸系不對中將導致軸向、徑向交變力，引起其振動特征頻率為轉子工頻的軸向振動和2倍頻分量的徑向振動。對于齒式聯軸器，平行不對中時產生以軸向為主的振動，角度不對中及綜合不對中時和剛性聯軸器不對中一樣，會產生徑向振動和軸向振動。

1.3 轉子熱彎曲引起的振動

汽輪機檢修后啟動，發現機組盤車運行中脫開，查曲線紀錄，估計脫開時間約4小時。立刻重新投入盤車，2小時候偏心指示105μm，3小時候偏心指示60μm。此時進行汽輪機沖轉，當轉速到200r/min時，各軸頸振動達200μm；500r/min時，各軸頸振動達250μm；650r/min時，各軸頸振動達300μm以上；振動保護動作跳閘。惰轉過程中，振動值居高不下。轉速為零，投入盤車，破壞真空停軸封汽。進行觀察2號，3號軸承處有明顯金屬摩擦聲。盤車至次日上午，金屬摩擦聲基本消失。24小時后，偏心指示120μm，重新沖轉，振動正常，啟動成功。此次振動事故是汽輪機盤車脫開后重新投入盤車時間不夠，轉子熱彎曲引起的。

2 汽輪機振動的處理措施

2.1 轉子不對中的處理

（1）在安裝和檢修過程中嚴格進行軸系找中、在運行過程中應避免對機組軸系形成沖擊負荷，才能保證大型汽輪發電機組的安全、穩定、經濟運行。（2）提高檢修和工藝水平，安裝保證聯軸器無偏心，處理接觸面銹蝕和改進潤滑系統，消除潤滑系統卡澀，消除支撐軸承標高偏差。（3）控制機組的負荷符合規定，禁止機組超負荷運行。（4）如果是由于支撐軸承標高的變化導致的軸承不對中，查找影響軸承中心的因素如：軸承座垂直方向的熱膨脹、油膜厚度的影響、基礎框架受熱不均的影響、凝汽器水位和真空的影響。

2.1 葉片斷裂的處理

（1）防止電網周波偏高或偏低，以免引起某些級葉片陷入共振區。

（2）蒸汽參數和各段抽汽壓力，真空等超過制造廠規定的極限值時，應限制機組出力。

（3）汽輪機內部有沖擊聲而且振動加劇時，應立即停機檢查，以免事故擴大。

（4）超出力運行的機組，對葉片隔板的應力，隔板撓度等應進行核算，以便有根據地訂出超發安全系數。

（5）機組大修中，應對通流部分損傷情況進行全面的檢查，這是防止運行中發生葉片損壞事故的主要措施之一。

2.2 防止轉子中心孔進油

應改進汽缸保溫措施，減少上、下汽缸溫差，防止汽缸和轉子發生熱彎曲，造成動靜部分摩擦。應正確使用排汽缸噴水冷卻裝置，避免冷凝水在排汽溫度很高的情況下驟然噴到葉片上造成葉片斷裂。在檢修時，要仔細檢查轉子的技術狀況，如發現隱患，應及時處理。應重點檢查末級葉片的水蝕情況，對沖刷嚴重且影響到強度的葉片，應采取挖補措施或立即更換。調換和重裝葉片時，應嚴格執行檢修質量標準，注意葉片的倒角，防止應力集中，葉片根部的結合面應使配合良好、沒有間隙、封口葉片應施以足夠的預緊力，以保證頻率分散度在規定的范圍內，圍帶、拉金的鉚接和焊接應符合質量標準。對主汽門的過濾網要仔細檢查，力求使其保持完整和嚴密，防止其損壞和異物進入汽缸內，扣缸前要仔細檢查葉片之間有無異物，避免在工作中損傷到葉片。

3 結語

汽輪機振動的大小，是評價機組運行可靠性的重要指標，嚴重威脅著機組的安全穩定運行，對于轉動機械來說，振動幅度不超過規定標準的屬于正常振動，振幅超過允許標準的振動，我們稱為機組的異常振動，強烈的振動表明機組內存在各種缺陷，通過對氣輪機引起減小振動原因和措施結合汽輪機相關參數的調整經驗，得出一些有價值的方法和結論：（1）機組啟機過程中，應該嚴格監視各軸承的振動，當發現機組內有異常的金屬摩擦聲或者振動突增至0.05mm時，應該立即打閘汽機，檢查原因。（2）汽輪機啟動前，應進行充分的連續盤車，一般冷態啟動盤車4小時以上，熱態啟動盤車。（3）冷態滑參數啟動時，為使各金屬各部件加熱均勻，增大蒸汽容積的熱量，進汽壓力應適當選低一些沖轉，溫度應有足夠高的過熱度，防止熱沖擊。（4）熱態滑參數啟動時，應根據高壓缸的金屬溫度，選擇適當的與之匹配的主蒸汽溫度，主蒸汽溫度要高與高壓缸內壁金屬溫度50℃到100℃之間，過熱度不低于50℃，保證蒸汽通過噴嘴后溫度仍高于高壓缸內壁金屬溫度。（5）機組并網之后，應充分暖機，避免蒸汽流量變化較大，產生熱應力，使機組產生較大振動。（6）機組在正常運行中，若潤滑油溫度升高，則立即去調節溫度至正常范圍，減小振動值。（7）在升降負荷過程中應盡量減小升降負荷率，避免負荷突增或突降引起動葉片受力變化過快引起機組振動值升高。

參考文獻

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