汽輪機啟動過程中的振動故障分析及處理措施

霍風波

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154102）

1 故障概述

某電廠的10#汽輪機組，在進行過大修處理后的第一次啟動運行，實際測得各測點軸振≤100 μm，而菲利普TSI 系統的4#瓦處的“y”方向具有160 μm 的軸振值，同時在1#瓦方向有微弱的摩擦聲音存在。轉速加快的過程中，在10#汽輪機組每一個方向的瓦振和軸振值都漸漸加大，從檢測結果中獲知，在每一個瓦處的x 和y 軸方向，軸振值都大于規定值，而且在2#瓦的“⊥”方向處，達到了120 μm 的瓦振值。如果轉速到達1500 r/min，則機器會停止運轉。如果在1#軸承的位置出現較大的刮擦的聲音，那是因為轉速已經低到1000 r/min。

2 振動故障的診斷

經研究汽輪機啟動過程中的振動故障，初步判定其原因可歸結為以下4 點：①動靜碰磨一旦發生，汽輪機就會發生啟動時的振動故障，而動靜碰磨之所以會發生，是因為汽輪機在進行大修時，對軸封或者油檔間隙進行了不合理的調試操作；②因為氣缸在進行疏水時沒有將水順利疏通，使得水進入轉軸中，使轉軸發生變形；③與溫差控制有一定關聯，此情況是發生在操作沖轉的過程中，當然沖轉前也有可能，這就使得轉子的穩定大于規定值，最終出現變形的結果；④轉子自身質量問題，使其在運轉時發生不平衡現象。

而經過排查發現：①在大修汽輪機時，汽輪機還是原來的12#汽輪機，所以導致振動故障發生的原因基本不可能是轉子本身存在質量問題，或在運轉的過程中出現不平衡的現象而導致的；②有關工作人員在調閱了汽輪機的運行記錄后，發現部門之間的溫差值都處于正常范圍，所以，基本也可以排除汽輪機在進行沖轉之前與沖轉時，各部門之間的溫差值沒有被合理控制，使轉子的溫度超過正常范圍而出現變形，導致機器發生振動故障的可能性；③通過工作人員再次復查低、中、高壓缸，基本可以排除氣缸異常的情況；④在仔細檢查機頭位置的大軸撓度之后，發現大軸的撓度在機器啟動前后不一致，啟動前是45 μm，啟動后經過半小時運轉，撓度變成了50 μm；⑤發現機器的1#瓦處在轉動過程中發出了刮擦的聲音，進行降速后，發生時滯性的振動問題。所以初步可以判斷出動靜碰磨是導致汽輪機啟動時發生振動故障的原因所在。

3 汽輪機異常的原因分析

3.1 汽輪機持續運行導致的振動

汽輪機運行過程中發生的故障可能會有油系統溫度出現下降、蒸汽質量下降、缸脹不均勻、真空度下降等，這些現象都是導致汽輪機在啟動過程發生振動故障的直接原因。例如，汽輪機原本可以正常振動，但是如果對它進行大修的情況下，再對它發出重新啟動的指令，在啟動的初期，它的1#軸承附近的振動值會發生上升，然而在功率不斷增加的過程中，振動值又慢慢恢復到正常范圍，此種振動現象的發生是因為蒸汽品質的原因導致的激振現象。如果現場工況流量較小，流量的異常會使激振力變為和轉速頻率不成比例的各種不同頻率的激振力，產生的這種激振力會導致調頻正常的葉片也發生相對較大的動應力。假如在流通部件和葉片之間有結垢存在，那么由于氣流不均勻則會導致產生更大的激振力。

3.2 氣流激振引發的異常振動

氣流激振引起的振動特征主要有2 點：①氣流激振的低頻分量值在增大時不屬于正常情況；②氣流激振情況下，參數也在不斷變化。有很多原因可導致發生氣流激振，比如靜葉出口氣流不均勻導致的氣流激振力；回轉隔板、噴嘴調節、部分進汽級靜葉片出口氣流不均勻導致激振力的發生。汽機負荷參數設置不恰當、供汽方式錯誤等都可能會造成氣流激振。

3.3 轉子熱變形引發的異常振動

在汽輪機的組成部件中，轉子鍛件的徑向晶格組織不能實現徹底的絕緣度，導致轉子的組成材料都是各種不同異性的物理特性。汽輪機轉子由于持續保持在高溫的環境下，導致材質的異向性被不斷放大。一旦轉子在運行中發生受熱，就會使轉軸的軸向在不同程度上產生膨脹的現象，如果轉子在制作過程中技藝不同，會使各向異性加大，發生轉子彎曲變形，最終出現振動的不平衡。轉子的受熱程度直接影響著熱不平衡振動的大小，如果由于汽機不正常而發生溫差，就會使轉子在制造中殘留下的內應力持續釋放出來，如果出現摩擦現象，這種情況的發生是因為汽輪機的氣缸內部發生進水，并且冷空氣進入到氣缸內部，這些不利的情況都會最終導致摩擦現象的出現，那么轉子的變形量就有可能大于材料的屈服極限度，最終出現永久變形的結果。

3.4 摩擦振動引發的異常振動

在汽輪機進行運轉時，摩擦現象是不可避免的，特別是在汽輪機進行長時間的運轉時，每個零部件上都會有各種各樣輕重不一的摩擦，導致汽輪機出現振動故障。一般情況下，因為摩擦而使汽輪機出現的振動故障不會很嚴重地影響汽輪機的正常運轉，并且有時在磨合過程中還可能會消失。然而摩擦是會產生熱量的，這些熱量會成為轉子變形的原因，從而通過間接的方式使汽輪機出現振動故障。振動系統具有非線性的特點，這使得摩擦引起的振動故障會出現各種各樣的低高頻分量。汽輪機在摩擦的過程中還會影響到波動，持續的波動會使摩擦程度加深，使汽輪機的振幅加大。摩擦振動會使汽輪機的速度下降，到達轉速臨界值的時候轉子的振動會加大，這使得汽輪機就算停止運轉，也可以測量出轉子如何晃動。

4 汽輪機啟動過程中振動故障的危害

汽輪機在生產系統中處于核心地位，如果在生產過程中汽輪機運轉出現了異常，后果可能導致整個生產系統的安全性受到很大威脅，因此，有必要高度重視汽輪機在啟動過程中出現的振動故障。汽輪機啟動過程中的振動故障危害是不容忽視的，具體分析，可能造成的危害性有以下5 個方面：①汽輪機啟動中如果發生振動故障，會造成調速系統的內部部件嚴重磨損，加大遲緩率，從而導致調速系統運轉出現異常；②轉動部分在組成汽輪機的內部零件中是較重要的，如果汽輪機的振動出現異常則會大大削弱機組的抗疲勞強度，影響到轉動部分的使命壽命，甚至會出現異常運轉，造成更嚴重的問題出現；③如果汽輪機組出現較大強度的振動，則會嚴重沖擊滑銷系統，造成汽輪機組膨脹并構成一股擠壓力，對滑銷系統造成一定損壞；④汽輪機隔板之間的密封通常都沿用汽封技術，汽輪機一旦出現異常，則直接導致汽封系統損壞，使隔板之間出現漏氣，形成轉子軸向的推力作用，使汽輪機出現運行異常；⑤如果汽輪機組出現振動異常，低壓端軸封系統損壞使空氣進入，從而降低了低壓缸的真空度，也使潤滑系統進入空氣，降低潤滑油純度，大大降低了實際潤滑效果，如此一來磨損自然加大，從而導致汽輪機組的使用年限縮減，加大運行及維護的成本。

5 汽輪機異常振動的應對方法

5.1 氣流激振現象的應對方法

因為不同的振動所導致的振動故障，在進行處理時方法也各不相同。對于汽輪機的氣流激振問題，要根據汽輪機的實際情況，跟蹤記錄和研究分析氣流激振的現象。首先要對汽輪機的振動數據進行分析，利用所收集的數據，制作出對應的振動曲線圖，通過對汽輪機在運行過程中的振動變化情況進行觀察分析，具體有振動變化的范圍和方向，進而對汽輪機氣流激振的現象發生的原因進行確定，有針對性地采取相應的解決辦法。對汽輪機的負荷變化進行細致的控制，通過分析汽輪機的運行狀況來對進氣閥的開度進行調節控制，對氣流激振的負荷范圍進行規避，可以有效的消除氣流激振的現象。

5.2 轉子熱變形的異常振動應對方法

檢測因轉子熱變形而引發的汽輪機振動故障的方法比較容易，可以對轉子的離心力進行監測從而達到判斷的結果。如果離心力不是很嚴重，這種情況導致的臨時性變形可以采用在轉子上進行配重平衡塊安裝的方法，恢復轉子的平衡狀態，使振動的現象消除。如果轉子嚴重受損，那么應立刻對汽輪機的轉動部分進行更換并及時進行返修，防止汽輪機因熱變形而發生振動故障的問題。另外，應該盡可能地使轉子在平衡狀態下工作，比如汽輪機在啟動和停機時會發生持續的盤車，在開缸吊出轉子后進行盤轉子工具的使用等方法。并且要將汽輪機的密封工作做好，防止冷空氣和水進入或者出現潤滑油泄露的現象，這些都可能造成熱不平衡。

5.3 摩擦振動故障應對方法

在對汽輪機摩擦產生的振動故障進行處理時，應對渦動和抖動現象多加注意。在汽輪機啟動時，如果發生動靜碰撞，那么應保證機組在較低轉速下運轉，采用磨合的方法，使動靜碰撞漸漸地擺脫接觸。假如振動超出正常范圍，應立刻停止機器運轉，在一段時間后，機子溫度回升轉子可以正常彎曲時再啟動機器。如此反復的過程，正常情況下摩擦都可以被消除。千萬不能采用“沖臨界”的方法，使機組被迫開啟，這樣會導致汽輪機大軸出現永久彎曲的現象。

6 結束語

在電力生產系統中，汽輪機的地位極其重要，如果汽輪機在運行時出現振動異常，嚴重威脅到生產過程的安全性，帶來的后來將不堪設想。對汽輪機啟動時的振動故障所產生的危害進行了研究和分析，對汽輪機啟動過程中發生振動故障的原因和如何進行處理進行了具體的探索和分析，希望通過以上分析，可以使汽輪機的工作人員在進行具體工作時有據可依。