熱電廠汽輪機異常振動原因及處理措施

[摘要] 汽輪機的運行穩定狀態對電廠安全而言具有十分重要的影響，汽輪機運行中振動值的大小是評價機組運行可靠性與穩定性的重要指標。本文介紹了熱電廠汽輪機異常振動的危害，闡述了熱電廠汽輪機異常振動故障的判斷流程，分析了熱電廠汽輪機異常振動的原因，提出了熱電廠汽輪機異常振動故障的處理措施，為汽輪機的安全穩定運行工作提供了借鑒和參考。

[關鍵詞]汽輪機異常振動;危害;判斷流程;原因;處理措施

汽輪機是熱電廠三大主要設備，汽輪機的啟動是指汽輪機轉子從靜止狀態升速至額定轉速，并將負荷加到額定負荷的過程。汽輪機啟動中零部件的熱應力和熱疲勞、轉子和汽缸的脹差、機組振動變化很大，將嚴重威脅汽輪機的安全運行。因此，完善汽輪機異常振動處理措施，提高熱電廠機組運行效率具有重要的意義。

1、熱電廠汽輪機異常振動的危害

汽輪機組的振動是機組運行必須要監測的一個非常重要的參數，因為當機組振動超過規定的范圍時，將會引起設備的損壞，甚至造成嚴重后果。如果汽輪機振動的幅度在規定的范圍內，是不會對汽輪機的運行和熱電廠的正常工作產生影響的，但是當汽輪機出現異常振動時將會對發電機組的安全性以及熱電廠運行的經濟效益產生巨大的負面影響。因而汽輪機振動也是熱電廠機械設備檢修的重要內容。熱電廠汽輪機異常振動的危害主要表現在以下幾個方面。①當汽輪機出現異常振動時，過大的振動幅度有可能導致機組之間連接部位的零件松動，會使葉片、圍帶、葉輪等各部件的應力增加，從而產生很大的交變應力，導致疲勞而損壞，增加了機組運轉的安全隱患。②汽輪機振動過大還會增大機組支撐零件以及發電機部分的摩擦，給汽輪機的本體造成損害，導致汽輪機使用壽命的縮減。③汽輪機異常振動會導致熱電廠發電效率和發電質量的降低，進而影響熱電廠經濟效益的提升。因此，機組運行中要嚴格檢測其振動值，從而避免不必要的損失。

2、熱電廠汽輪機異常振動故障的判斷流程

導致汽輪機出現異常振動的原因有很多，當熱電廠汽輪機異常振動故障發生時，有以下步驟進行。①首先對振動的種類進行確認。主要是對振動頻譜及外在特征進行觀察，進而將各類振動進行有序的分類。將所存在的故障的原因充分確認之后，再實施判斷措施。②先對軸承座剛度進行檢查，看是不是正常，然后對激振力故障原因進行分析。③對轉子進行檢查，檢查是不是存在不平衡力、不平衡電磁力以及平直度偏差等故障，進而對基于穩定的普通強迫振動是否存在進行確認，最終使故障類型能夠得到有效診斷。另外，在熱電廠汽輪機的振動故障原因判斷中主要從振動頻率、振動穩定性、振動相位變化以及相鄰軸承的相位變化來進一步作為判斷依據。具體來說，汽輪機的振動頻率主要有三種，分別為1X、2X以及1/2X，每一種振動頻率對應不同的故障原因。而汽輪機異常振動的穩定性主要從振動現象的轉速、負荷、勵磁電流強度、汽輪機表面溫度、異常振動的持續時間等參數來進行具體判斷。而振動相位的判斷主要是針對異常振動過程中振動相位是否發生變化以及變化的范圍。相鄰軸承相位的判斷則是根據相鄰軸承相位是出現相同或反相現象來進行判斷。此外，還有由于汽輪機設計不合理導致的異常振動。針對這一原因導致的異常振動需要工作人員能夠深入了解機組故障點，當出現故障時，需要第一時間判斷是否是由于故障點產生的問題，如果故障問題與故障點有關，那么就需要及時對故障點進行處理。

3、熱電廠汽輪機異常振動的原因

3.1機組摩擦造成的異常振動。①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。②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。③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，比較原始值時明顯增加。摩擦振動的機理：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。

3.2油膜振蕩引發的異常振動。汽輪機油膜對軸頸的作用力大于軸頸重力和科氏力的合力，使軸頸向上浮動，產生弓形渦動，伴隨著強烈的作用力集中到軸承的油膜上，慢慢的就會導致油膜的穩定性降低并且開始出現振動的現象。當汽輪機開始正常運行時，旋轉的軸頸在滑動的軸承中帶動潤滑油高速流動，由于作用力與反作用力的影響，高速轉動油流就會反過來作用軸頸，最終就會產生一種振蕩的現象。

3.3轉子熱變形導致的異常振動。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，并定速帶負荷階段。當機組的轉子溫度逐漸上升時，材質內應力的釋放會引發轉子的熱變形，導致汽輪機振幅的大幅提高，同時相位也會隨之發生變化，從而汽輪機出現異常振動。汽輪機組轉子熱變形的原因有很多，包括中心孔進油、氣缸進水、發電機轉子冷卻不均勻等。當轉子出現熱變形后與轉子周圍部件的距離可能減小，這樣就會造成它們之間的氣壓增大，并大氣相互作用力支撐下，引發汽輪機軸承振動。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。

3.4氣流激振導致的異常振動。在熱電廠運行過程中，氣流激振也是導致汽輪機出現異常振動的重要原因。氣流激振所引發的汽輪機振動具有以下表現。①氣流激振低頻分量的值會出現異常的增大。②在機組運行參數異常的變化及故障狀態下，汽輪機相關部分的振幅以及負荷也會出現增大，進而導致汽輪機軸承發生損傷及異常振動。其原因主要是由于葉片受到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，從而軸封也可能發生汽流激振現象。

3.5軸承中心不正引起的異常振動。①熱電廠汽輪機啟動過程中，如暖機時間不夠，升速或加負荷太快進行時，將引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統有卡澀，使汽缸不能自由膨脹，均會使汽缸對轉子發生相對歪斜，機組產生不正常的位移，造成振動。②機組在運行中若真空下降，將使排汽溫度升高，后軸承上抬，因而破壞機組的中心，引起振動。③機組大修后靠背輪安裝不正確，中心沒有找準確，因而運行時產生振動，且此振動是隨負荷的增加而增加。

4、熱電廠汽輪機異常振動故障的處理措施

4.1機組摩擦異常振動故障的處理。摩擦振動在熱電廠汽輪機工作過程中是不可避免的，技術人員只能通過摩擦降低措施減輕摩擦振動的影響。在例行檢查汽輪機時，針對內部的各個組件進行檢查，觀察部件之間是否存在摩擦，如果存在摩擦現象，確定是動摩擦還是靜摩擦，這些都要分析清楚。此外，還要注意其在工作時，是否有摩擦聲傳出，聲音在超過一定范圍時，需要對其進行檢修，并振動的頻率也要符合規定。同時，要對汽輪機摩擦力較大的連接處定期更換潤滑油，對于使用時間過長的部件要進行及時的修理或者是更換，可以通過合理的維護和保養，降低汽輪機部件的摩擦，降低摩擦振動的不良影響。

4.2油膜振動故障的處理。在油膜振蕩引發的汽輪機組軸承振動過程中，熱電廠相關技術人員應根據油膜振蕩的原理，通過提高汽輪機轉子和軸承可靠性的方法來對異常振動進行處理。①增加軸瓦比壓，有效控制油膜發生的振動。②縮小軸瓦頂部的間隙，將上軸瓦的軸承合金寬度增加，這樣能有效減少振動頻率。③將軸瓦和軸頸之間的接觸角度減少，當減少到一定范圍后，其振動就會減少。④在機組中添加合適的潤滑油是非常有必要的，潤滑油要選擇動力粘度小的，這樣使用起來對機組的正面效益最大，可以極大的促進機組的工作效率，還不會有負面影響。⑤利用平衡力原理，把設備中存在的不平衡力降到最低，當其相互平衡后，就不會發生加大位移，進而出現振動的概率降低。

4.3轉子熱變形振動故障的處理。由于汽輪機轉子工作區域在蒸汽區，因此熱彎曲故障的發生較為常見。針對轉子熱變形引起的汽輪機振動現象，可以采取以下措施。①最初的汽輪機制作過程中下功夫，在制作汽輪機時，對于汽輪機中長時間暴露在高溫環境下的部件，用耐高溫、高壓的材料來進行制作。②通過轉子的經常更換，避免轉子熱變形引發的汽輪機軸承異常振動。③還需要對轉子中心孔內的油進行定期的清理，避免中心孔進油導致汽輪機轉子排氣孔有可能無法與外界相連現象，進而為汽輪機的穩定運行提供保障。

4.4氣流激振故障的處理。技術人員在進行氣流激振引發的汽輪機振動故障處理中，可以適當調整不同負荷條件下熟練掌握汽輪機高壓進氣門的特性，從而盡可能地消除氣流激振。在日常汽輪機運行過程中，要對汽輪機負荷汽壓的變化進行控制，降低對負荷氣壓的變化，避免氣流激振的出現，有效減少汽輪機振動故障出現的幾率。同時，要對機組的振動數據進行長時間記錄，并將這些數據進行合理整理后做成曲線圖，從而以便觀察其振動的變化趨勢以及范圍，然后通過改變升降負荷速率及改變汽輪機不同負荷時高壓調速氣門來消除氣流激振。

4.5軸承中心不正振動故障的處理。在進行設備裝配時，一定要保證各個部件的正確銜接，使用鋼絲找中心法可以對軸線進行校準，保證安裝的正確性。進行基礎安裝時，一定要將預埋件設置在縱向中心線的前后，再對可調整螺絲進行安裝，便于放置鋼絲架子。再順著縱向中心線的方向，找到適合懸掛鋼絲的地方。然后再對各個中心點進行嚴密的找正，在測量鋼絲離洼窩中心兩側的距離時，要使用鋼皮尺，這樣比較精確。對準軸承座，仔細調節，使兩側的長度能夠相同，人為可控的誤差不能超過0.05mm。在進行復測時，要用到水平儀，它可以進行橫向的找平。要把水平儀放到軸瓦洼窩結合面上，用斜墊鐵對其在豎向高度上進行適當的調整，要滿足現場的高低情況，還有軸承座的橫向水平也要滿足要求。在第三次進行準確找中心時，要將整個汽輪機組排查一遍，需要找正的地方重新更改操作。只有軸承安裝好了，其工作才能有條不紊的進行，不然就會出現受力不均勻的情況，發生異常振動，這樣不僅影響儀器設備的使用，還對熱電廠的發電有影響。

5、結束語

熱電廠的汽輪機是可以把蒸汽熱能轉化成機械能的旋轉式的動力機械設備。但是汽輪機運行穩定性會受到諸多因素的影響，尤其是振動故障問題的發生將會嚴重影響機組的正常運行。在實際工作中，熱電廠技術人員應高度重視機組安全穩定性，深刻分析汽輪機異常振動成因，制定科學合理的故障排除措施，創新管理模式，改善工作方法，實時監控機組的異常振動，從而確保機組的安全高效運行。

參考文獻

[1] 蔡戰友.熱電廠汽輪機異動故障問題及措施分析[J]. 科技與企業，2017 （06）

[2] 鮑建國.汽輪機振動的故障特征分析及處理[J].理論研究，2017（02）

[3] 柳向平.熱電廠汽輪機振動異常原因及故障排除[J].科技致富向導，2018（08）

作者簡介

德力格爾昌，男，蒙古族，大專學歷，1973年出生，汽機運行高級工，現從事熱電廠汽輪機運行技術管理工作。