汽輪機異常振動的分析與排除措施探討

戴響春（湖南省工業設備安裝有限公司，湖南　株洲　412000）

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汽輪機異常振動的分析與排除措施探討

戴響春（湖南省工業設備安裝有限公司，湖南株洲412000）

在電力發電系統中，汽輪機是非常重要的組成部分。汽輪機故障的產生對于整個發電系統具有十分重大的影響。汽輪機的故障中汽輪機異常振動是非常常見的故障之一，對整個機組的安全和正常運行產生重要的影響。本文主要闡述了汽輪機異常振動的分析與排除措施。

汽輪機；異常；振動；汽流激振；轉子熱彎曲

引言

汽輪機在運行過程中不可避免的會出現振動的現象，汽輪機的振動是表明汽輪機組是否正常運行的重要標志。汽輪機振動異常證明了汽輪機組因長時間的工作產生了磨損和故障，導致汽輪機異常振動的因素有很多，必須要加強對汽輪機異常振動的分析，采取合理的排除措施，保證汽輪機組的正常運行。

1　汽輪機常見異常振動的分析與排除

1.1汽流激振現象與故障排除

自激振動是由于系統自身的運動誘發的振動，其機理和特點與強迫振動有本質不同。汽輪發電機組自激振動包括軸承自激振動和汽流激振，前者由軸承的油膜力引起，后者由蒸汽力引起。振動系統由于自身運動引發的振動稱為自激振動。當系統失穩力大于阻尼力時，振動發散，稱為振動系統失穩。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）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，消除汽流激振。

1.2轉子熱彎曲導致的機組異常振動與故障排除

轉子受熱后出現的彎曲變形稱為熱彎曲。熱彎曲是一種機組較為常見的振動故障，引起熱彎曲的原因也是多種多樣。針對整個汽輪發電機組而言，可分為兩部分來研究熱彎曲故障，包括汽輪機轉子熱彎曲和發電機轉子熱彎曲。汽輪機轉子熱彎曲原因有：①轉軸上內應力過大，轉軸材質不均；②汽輪機葉輪的輪轂之間或軸上其他套裝零件與軸凸臺之間軸向間隙不足或不均勻；③轉軸存在徑向不對稱溫差；④轉子與水或冷蒸汽接觸；⑤動靜摩擦。發電機轉子熱彎曲原因有轉子鍛件材質不均勻、匝間短路、冷卻系統故障、絕緣變化、轉子線圈膨脹受阻、轉軸上套裝零件失去緊力、楔條緊力不一致等。這類故障處理相對簡單，如果異常振動明顯，發現問題仔細檢查后，及時更換新的轉子即可。

1.3轉子不平衡與故障排除

轉子質量不平衡是汽輪發電機組最為常見的故障。據有關統計，在現場發生的機組振動故障中，有轉子不平衡造成的約占80%，屬于轉子質量不平衡的將達到90%左右。鑒于轉子在轉動的時候會產生離心力，如果轉子在沒有達到動平衡的情況下就運轉，這樣由于轉子在某個方向不平衡引起振動，使機組發生異常振動影響運轉。此類問題一般通過進行動平衡試驗解決，通過往轉子上加平衡塊的方法使之達到動平衡。

1.4動靜碰摩振動與故障排除

在機器運行的過程中，機組各部分之間會發生摩擦，摩擦可以產生抖動、渦動等現象，這種摩擦產生的機組振動是不可避免的，一般對機組的影響不大。產生的原因有汽缸跑偏或基礎不均勻沉陷、蒸汽溫度的變化（如果蒸汽溫度的變化過于劇烈，將引起靜止部件的變形）、汽缸進水和保溫不良、排汽缸的快速加熱和冷卻、汽封損壞、暖機不充分以及劇烈振動等。如圖1為碰摩振動與正常振動的信號時域波形。

圖1　碰摩振動與正常振動的信號時域波形

當出現動靜碰摩時，現場采取的一個有效措施就是在控制軸振動、保證機組運行安全的前提下進行“磨合”。在啟動過程中，機組發生動靜摩擦時不能強行升速，否則容易造成大軸永久彎曲。如果轉速在臨界轉速一下，應該立即打閘停機，盤車一段時間正常后再啟動；如果在臨界轉速以上，則在振動可以控制的轉速上多停留一段時間，磨合出一定的間隙后再升速。如果摩擦發生在帶負荷階段，只要控制振動在一定的變化范圍，可以觀察運行一段時間，以磨合出適當的間隙；如果振動不斷增加，應該降低負荷或打閘停機，以免危害機組安全。

2　案例分析

2.1汽輪機概況

唐山國豐鋼鐵股份有限公司50MW煤氣發電項目，2011 年5月24日開工，2012年3月21日通過168試運行并網發電，2012年4月20日竣工驗收，質量合格。其中蒸汽輪機采用南京汽輪電機（集團）有限責任公司生產的低真空凝汽式汽輪機發電機組，型號：N50-8.83/535，由唐山鋼鐵有限公司設計院設計；但自2012年3月21日投入運行以來，2#瓦溫偏高、瓦振偏大，對汽機運行質量、壽命等存在一定的影響，為了達到設備的最佳運行狀態，應動力能源部、車間要求，經過三次檢修，此問題已基本得到解決。汽輪發電機示意圖見圖2。

2.2汽輪機異常振動故障檢修

2.2.12012年8月27日第一次檢修

2012年 8月 27日第一次檢修前，2#瓦溫一直維持在86℃左右，大大高于其他瓦溫（1#、3#、4#瓦溫在60～68℃），同時2#瓦開機時振動過大，檢修期間，經檢查發現如下情況：①發電機轉子圓周相對于汽輪機往西偏移1mm，低了0.3mm；上張口0.07mm，東面張口0.15mm。②2#瓦接觸面不太好，接觸角度不理想。③圖3中編號為2、7的汽封管路接反。

圖2　汽輪發電機示意圖

此次檢修分析判斷發電機基礎往西略有下沉造成同心度變化，調整發電機端找同心度，歷時7d晝夜檢修機組投入運行后，各項參數正常，1#、3#、4#瓦溫均在65℃左右，瓦振均在0.02mm以內，但2#瓦溫最高到74℃。

圖3　汽封管路示意圖

2.2.22013年4月10日第二次檢修

自2012年8月27日機組第一次檢修投入供暖以來，機組運行良好。據車間介紹，2013年2月因外部原因機組停機，再開機后，轉子偏心高達0.2mm，在1000r/min以下振動達到跳閘，盤車2h候偏心降至0.03mm，再開機，一切情況正常。滿負荷時，各瓦振均在0.015mm以內，2#瓦最高瓦溫74℃。2013 年4月10日，因變電站故障機組停機。業主要求再次檢修，檢修過程中發現：①同心度發生變化，發電機轉子相對于汽輪機往西偏移0.45mm；②開蓋發現末級葉片有損壞；③1#、2#瓦有損壞；④汽輪機汽缸相對于發電機向東偏移1.0mm；⑤缸體膨脹受阻于東西側臺板螺栓，東北側臺板螺栓變形；⑥開大蓋后發現，4～5級隔板套（4～7段抽汽）內，阻汽片底部圓弧與葉輪外圓產生摩擦；⑦前汽缸垂直滑銷點焊處斷裂，后汽缸垂直滑銷基礎蹦裂；轉子與靜葉片摩擦嚴重。

針對以上情況，對缸體水平作了檢查，缸體水平沒有什么變化，符合技術要求；對汽缸前、后垂直滑銷作了加固處理；更換了1#，2#軸瓦，將汽輪機缸體往西平移了0.8mm，調整了汽輪機轉子與汽缸中心，調整了動、靜部分間隙，達到技術要求；重新找好轉子同心度；返廠修理更換了末級葉片，進行了動平衡試驗。

產生上述問題的原因：有外力作用于缸體上，使缸提抬升，相對于發電機向東產生位移，使2#瓦受力過大，導致2#瓦溫高、瓦振大，并認為外力主要由以下原因產生：①抽汽管道向下膨脹受阻導致了缸體的抬升；②冷凝器支撐彈簧頂力過大；③循環水對缸體向上的沖擊力；④凝汽器安裝時灌水重量（按廠家要求）與運行時水的重量不相符產生會有影響。

為了解決故障，采取以下處理措施：①取消7段抽汽管道的剛性固定支架。②將凝汽器與下汽缸徹底分開，重新作灌水連接。③減少凝汽器支撐彈簧的頂力，逐步縮小支撐鋼管的長度，直到循環水泵開啟后不再使缸體抬升。④對2#軸瓦作翻瓦檢查，修刮，如損壞嚴重需更換。

2.2.32013年6月17日第三次檢修

2013年6月17日，因二期煤氣管道接口停機，按照第二次檢修后確定的方案進行第三次檢修，具體做了如下工作：

（1）對凝汽器處理

斷開與凝汽器連接的循環水管道，待凝汽器重新灌水、焊接后再恢復。把凝汽器和下汽缸斷開，重新灌水，灌水合格后再與下汽缸連接。調整凝汽器支撐彈簧，減少彈簧頂升壓力，循環水泵開啟后不再使缸體抬升，并檢查了凝汽器的本身水平。

（2）對2號軸瓦處理

修刮了2號軸瓦，使軸瓦與軸的接觸面、側隙，頂隙均良好。取消了7段抽汽管道剛性支架，調整了段彈簧支架的彈簧螺母，使彈性壓力變小，管道膨脹量盡量向下。本次檢修后，已經達到了汽輪機運行的良好狀態。

2.3原因判斷

綜合三次檢修情況，我們認為：2#瓦溫偏高、瓦振偏大的根本原因是熱膨脹，對2#瓦產生的受力過大所致。對汽機2#瓦溫偏高、瓦振偏大問題應該認真分析、論證，實事求是、認真嚴謹分析原因，按照能源動力部、車間的要求積極組織檢修不推諉，至此汽機2#瓦瓦溫偏高、瓦振偏大問題得以較好解決。

3　結語

汽輪機經常出現故障，但是其中較為復雜的故障之一就是汽輪機異常振動故障。汽輪機振動受到多方面的影響，因而導致汽輪機異常振動的原因也有很多，主要包括汽流激振、轉子熱彎曲、轉子不平衡、動靜碰摩等。當然導致汽輪機組異常振動的原因還有很多。但是不管是哪種原因導致的故障，我們都要對癥維修，保證汽輪機組正常運行。

［1］趙 強.電廠汽輪機振動大的原因分析及處理［J］.科技創新導報，2011 （19）：87～88.

［2］高克林.淺析汽輪機常見故障的處置與應用［J］.科技傳播，2011（12）：45～46.

［3］張 偉.汽輪發電機組振動的分析［J］.黑龍江科技信息，2011（14）：23～24.

戴響春（1969-），男，工程師，本科，主要從事項目管理工作。

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2015-9-20