電廠汽輪機振動的原因分析及措施

高劍釗

（國電南寧發電有限責任公司 廣西南寧 530317）

電廠汽輪機振動的原因分析及措施

高劍釗

（國電南寧發電有限責任公司 廣西南寧 530317）

隨著科學技術和工業生產的不斷發展，電廠機械設備的可靠度和安全性問題愈發突出，從而加快了對機械設備故障原因分析及措施的研究。在電廠系統中，汽輪發電機組是電力生產的重要設備。一般情況下，電廠汽輪機普遍存在振動現象，運行過程中產生的這種振動現象在一定范圍內是可以允許的，但超過臨界值的振動卻會對整個電力系統產生極大的安全隱患。本文較為系統的對電廠汽輪機振動原因進行分析，并提出相應解決措施，為未來發展提供新方向。

汽輪機；振動；原因分析；措施

1 引言

電力系統作為支撐國家經濟的能源之一，對于推動我國經濟健康持續發展起著至關重要作用。對于發電廠維護部門而言，其主要任務就是保障城市經濟正常發展以及為居民提供穩定用電，加強汽輪發電機日常保養和維護工作。電廠汽輪發電機，在正常運行過程中產生的振動是無法避免的，那么對于此種普遍存在的蔗農現象該如何解決呢？下面系統闡述汽輪機振動機理和控制措施。

2 汽輪機振動特點分析

汽輪機的振動特性體現在當其首次啟動加速到超過其臨界轉速時，根據軸承振動的大小來推斷汽輪機是否發生故障。如果情況良好，那么可以推斷汽輪機轉子和拖帶機組的轉子目前處在平衡狀態，軸承沒有任何損壞。如果汽輪機停止運作后對汽輪機的末級葉輪進行配重，要保證其空載狀態，控制其空轉速在3000rad/min左右，同時把下軸承基頻振動降至安全線以下，然后再進行操作。再次發動機組的配置后，依據相關標準將，調整軸承的垂直振動至15μm，此時帶負荷達到20MW時，其振動保持恒定。當振動升至91.7μm時，此時必須及時打閘停機，并且大軸的擾度要比開機的時候大100。進行第三次啟動時，后汽封溫度升至300℃時，且在90.7μm的時候，應打閘和停機。汽輪機機組在整個啟動過程中產生突增的振動，會引起監測系統的報警，這意味著汽輪機發生了逐漸惡化的故障。

3 汽輪機振動大的原因分析

汽輪機產生振動故障的原因有很多，無論是設計制造階段、運行維護保養階段，甚至安裝、檢測運行管理等過程中都有可能引發汽輪機振動現象，且這些影響因素之間又互相聯系、互相影響。通常來說，汽輪機在剛開啟或停止過程中會產生相對較大的振動。因為汽輪機在開啟和停止時，當轉速達到臨界轉速值時就會產生劇烈振動，當轉速超過這個臨界值后，振動又恢復到正常振動范圍內。除了以上影響因素，總體來說，電廠汽輪機振動的原因可以歸結到兩方面，即汽輪機組在運行過程中由于轉子質量不平衡而引起的振動和由于機組中心不正而引發的振動。

3.1 由于設計安裝等因素引起振動

當前由于受到技術上的限制，在汽輪機設計階段，不管是構件的加工工藝和精度都不能滿足設計規范標準，尤其是汽輪機轉子，很多情況下都不符合規范要求的精度，因此導致在低速平穩和高速試驗過程中不符合試驗要求，造成轉子出現不平衡的現象，進一步導致產生一側離心力，致使汽輪機組出現異常振動。其次如果結構設過程中的零部件無法和汽輪機配件之間相匹配時，也會造成汽輪機發生異常振動。

汽輪機振動情況也直接受到汽輪機安裝工藝的精度的影響。在選擇軸承的強度、剛度和預緊力時，需要根據安裝現場的實際要求，從而保證汽輪機中心的同心度。要各個零部件之間的間隙不宜過小也不能太大，過小會造成各零部件之間相互接觸產生磨損，太大則會引起零部件之間相互碰撞。在汽輪機長期運行過程中，除了零部件之間會產生一定膨脹外，連接銷系統中也會出現類似問題，當潤滑油的量不能起到潤滑的作用時，汽輪機機組就會產生變形，導致振動異常引發汽輪機出現故障。

3.2 由于轉子質量不平衡而引發振動

（1）汽輪機運行中葉片脫落、折斷以及出現不均勻磨損、結垢、腐蝕，都會使轉子出現質量不平衡現象。比如汽輪機發電機的轉子繞組松動或不平衡等，就會導致轉子發生質量不平衡。由于上述兩方面原因，當轉子產生質量不平衡時，轉子每轉一周就會受到一次因質量不平衡所產生的離心沖擊力，這種離心力周期作用產生的結果就是產生振動。

（2）軸承油膜不穩定或被破壞而產生振動。油膜不穩定或遭到破壞，將會使軸瓦烏金很快被燒毀，導致軸頸因受熱發生彎曲，從而產生劇烈的振動。

（3）振動由于轉子發生彈性彎曲引起。轉子被彎曲時，即使不會引起汽輪機動靜部件之間產生摩擦，也會引起一定程度的振動。從振動所屬的特性來看，和因轉子質量不平衡產生振動的情況類似，兩者差別在于這種振動最顯著特性表現為軸向振動，特別是轉速超過臨界值時，其軸向振幅的增大趨勢更加明顯。

（4）受到水的沖擊引起振動。當蒸汽中帶水進入輪機內，產生水沖擊力時，會導致轉子軸向推力增大以及產生較大的不平衡扭力，導致轉子產生劇烈振動，甚至燒毀推力瓦。

（5）由于汽輪機內部各個零部件之間發生摩擦而引起振動。工作葉片和導向葉片相互摩擦，以及錯誤的安裝通流部分或軸向間隙留置不夠，以及推力軸承工作有誤和安裝不當、葉片隔板彎曲、葉片變形、軸頸或軸承烏金側向間隙太小等等，都會導致摩擦的產生，引發振動。

3.3 由于機組在運行中心不正而引發振動

（1）汽輪機在啟動時，必須要留出足夠的時間進行暖機活動，不能加負荷太快，也不能升速過快，升速或加負荷速度過快，都會導致汽缸受熱不均勻引發膨脹現象。或者調節系統出現卡澀滑銷情況，造成汽缸自由膨脹收縮受限，以上因素均會導致在汽缸作用下轉子發生不恰當的歪斜，機組產生不正常的錯位，從而引發振動。當汽輪機機組進行運動時，應全程跟蹤追擊其各軸承的振動，一旦出現不正常聲音，要立刻關掉閘門、打開機器進行檢查。

（2）如果機組在運行過程中進行真空下降的運動，那么就會使得排汽溫度升高，并使后軸承發生上抬現象，這就導致機組的中心發生破壞，引發振動現象產生。

（3）間隙振蕩。當轉子因某種原因與汽缸不同心時，可能產生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩。

（4）機組維修后靠背輪安裝存在一定問題。由于在安裝過程中機組中心對位不準確，因而運行時產生振動現象，并且此振動隨負荷的變化而變化，負荷越大，振動也會相應增加。

（5）如果機組在進入的溫度超過設計規范限度的情況下運行，就會使汽缸的脹差和變形發生嚴重變化。比如在向上抬高高壓軸封這種情況下，機組的中心發生的軸向錯位就會超過原來限度，引起機組振動。

4 解決措施

由于汽輪機振動故障的存在，從而導致汽輪機組正常的運行受到影響，因此需要根據故障現場的實際情況來對振動故障進行深入的分析，并采取切實可行的解決措施。

4.1 設置智能化監測措施

設計并安裝軸承振動測量裝置和大軸振動測量裝置是用于監視機組的振動情況的有效措施。對正常檢測困難點安設傳感器設備，方便檢測振動情況。當振動不在允許值范圍內時，應當及時發出聲光報警信號報告工作異常點。同時合理有序的安排管理人員，及時對發出警報汽輪機機組進行處理措施，防止損壞擴大，以免產生安全事故。加強振動監督必不可少，對振動監測做到經常化和制度化，必須在機組振動突然增大達到規程規定值時，果斷及時地將機組停運，杜絕擴大損壞。

4.2 剛度檢測是重中之重

①在進行汽輪機數據采集后，技術人員應及時處理數據，并對照標準數據做出判斷。技術人員還應掌握機組工作剛度范圍、共振條件和剛度極值點，做到人不離機，實時監測，防患未然。另外，必須要對機組進行帶負荷和空載試運行。②為保障汽輪機順利運行，降低異常振動概率，新安裝或維修后的機組必須經過帶負荷和空載試運行，測試密封、汽封、滑銷系統等，以上指標均達到合格標準時，才能投入運行。

4.3 安裝振動保護裝置

汽輪機保護系統和振動監視以及由其所組成的信號警報系統和保護控制系統，是保障汽輪機安全運行的重要設備。機組應安裝智能化振動保護設備，當智能化檢測裝置檢測出振動超過極限值時，就會發出警報信號，通過脈沖信號驅動保護控制電路自動切斷電路關閉主汽門，實行緊急停機。與此同時，技術人員采取解決措施保護機組設備的安全。隨著機組容量的增大，汽輪機安全穩定運行就顯得尤為重要。同時保障汽輪機的安全監視和保護裝置動作的準確性和可靠性也必不可少。

5 結束語

綜上所述，汽輪機組的異常振動不僅會對機組造成嚴重危害，甚至會對阻礙整個發電系統的正常供電。所以，我們必須采取科學有效的措施來降低甚至避免異常振動。在對機組進行接收之前，應對嚴格測試機組的振動情況，測試結果在允許范圍內，方可投入生產運行。其次，在機組正常運作過程中，要經常對汽輪機進行制度化檢測，一旦檢測到異常振動，應嚴格監測采取相應解決措施，從而保障機組的正常運行。

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[3]王朕.對電廠汽輪機振動的原因剖析及對策[M].電力與能源，2012（07）：154.

[4]李剛.電廠汽輪機振動的原因分析及保護措施[M].應用科學，2008（01）：110.

TM621

A

1004-7344（2016）05-0223-02

2015-12-25

高劍釗（1988-），男，助理工程師，本科，從事火電廠汽機檢修工作。