汽輪機運行振動原因分析及對策研究

喬建兵

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前，電力工業發展迅速，能源工業發展最快的是熱能。因此，需要對火電廠的發電設備進行定期監測和維護。在機械運行中，防止低振動是不可能的，只要振幅不超過一定范圍，即可接受。使用汽輪機時，振動不可避免，在規定的總水平上不會發生損壞。但由于各種原因，汽輪機的振動可能超過一定范圍，對汽輪機有害，損壞發動機。汽輪機的安全使用非常重要，汽輪機的異常振動表明汽輪發電機運行中存在安全隱患，汽輪發電機需要檢查，本文分析汽輪機的振動原因及處理方法。

1 汽輪機振動特性分析

汽輪機是重要工業設備，其工作性質是高溫、高壓和高速。由于長期高速旋轉，汽輪機裝置經常出現故障，嚴重影響發電機裝置的正常運行。汽輪機組的異常振動是汽輪機最復雜的誤差之一，裝置的振動往往受到多方面影響，如汽輪機裝置的參數、徑流參數、油溫、油質的變化都會引起機組振動。因此必須分析汽輪機異常振動的原因。只有在已知條件下結合實際情況，分析汽輪機振動異常的原因，進行總結和討論，決定汽輪機檢修方法。如果設備初始啟動速度超過其臨界速度，則可以估計所攜帶振動的大小是否會導致故障。如果情況良好，一般可以斷定渦輪轉子和牽引齒輪轉子處于平衡狀態，拉伸器沒有損壞。如果設備停止后轉子平衡，應注意空載時空轉速度必須為3000 r/min，并且轉子的轉數必須控制在安全范圍內?？筛鶕幎ǖ臉藴收{整到載體的垂直振動，原則上振動不變，可根據規定的15 m 標準調整到載體的垂直振動。若載荷為200 MW，原則上振動不變，若按91.5 m 調整，則需及時開關機。此時，轉子報警比開機時大100%，在3 次嘗試啟動后氣封數值依然在300以上，設備故障沒有好轉，必須停止設備運行。

2 汽輪機振動故障分析

汽輪機振動故障因素很多，設計、運行維護、生產水平、維護技術、安裝工藝等，都會引起設備振動。

2.1 受當前技術的影響和限制

加工工藝或部件的精度要達到設計要求，特別是轉子部件精度達不到規定要求時，導致在高低速穩定試驗中不滿足要求，出現離心力問題，以及與整個設備振動有關的故障。

2.2 安裝工藝

對振動相關故障有直接影響。對設備的載荷、剛度、強度及安裝現場要求進行復核，確保汽輪機運行合理，嚴格控制各部件之間距離，不得過大或過小。如果通道過大，很容易造成碰撞，否則會導致部件之間接觸。在設備長期運行過程中，不同部件膨脹不可避免，耦合銷系統也會出現問題。如果潤滑油不起作用，裝置就會變形，導致與振動相關的故障。

有效維護是防止汽輪機在使用過程中振動惡化的關鍵。如果工作不能順利進行或不正確，會導致故障。如果渦輪排氣管溫度得不到有效控制，會影響設備精度，導致振動損失；如果潤滑油形成油膜以及設備轉動，也會影響轉子穩定性。汽輪機出現故障和異常時，整個系統將不能正常工作。

2.3 油膜不穩定

汽輪機油膜失穩主要有半速渦流和油膜振蕩等2 種類型。當轉子轉速低于2 倍第一臨界轉速時，通常會發生半速轉捩。隨著速度增加，這種情況會以較低速度發生。一般來說，這種振動會在最大轉速下持續，或在轉子轉速達到一定值時消失。檢測半速旋轉的最有效方法是級聯圖。此外，低頻功能也可以通過示波圖或沿軸心軌跡看到。

2.4 氣流振動

不同的氣流振蕩原因也不同，首先是上層空間的振蕩。由于蒸汽輪機的效率和性能，熱機設計師應采用最小和逐步的方法。步進數的變化將使參考轉子范圍變長，臨界轉速降低，工作轉速的增加將使工作轉速與臨界轉速的比值增大，導致軸的穩定性降低。間隙過大可導致上下部熱壓力差增加，切向力作用在轉子上，使轉子旋轉。

其次，要考慮轉子電流的相互作用。轉子和轉子外殼的差別很大，只要轉速超過參考頻率2.5 倍，就會發生失穩。若保持這樣的高頻率運行則會磨損靜環，活塞發動機密封的流動產生非常高的接觸力，磨損導致排氣口密封間隙的增加將進一步增加流入密封的氣流接觸力，導致嚴重振動。平衡力在汽輪機轉子動穩定中起著重要作用，如果平衡力破壞就會導致靜環磨損。通常，只有高參數的高壓轉子才會被攪動。渦激振動時，隨著振幅增大，渦激振動逐漸接近高偏心，自振頻率接近轉子橫向振動的固有頻率。為評估這種現象，需要安裝一個振動模式測試探針，監測轉子振動幅度。

2.5 不穩定擴大

不均勻膨脹引起的振動主要是由于氣缸膨脹受阻或加溫不規則引起。在這段時間內，渦輪機座的位置會發生變化，導致轉子中心移動，引起機械振動。這種振動的原因主要有以下2 種。

（1）汽輪機設備啟動時不順暢。一部分啟動能量被送去從主蒸汽管道或汽輪機本體的排氣部分排出，由于高位蒸汽的作用，金屬在運行過程中發生熱變形，導致摩擦不均，引起振動。

（2）溫度控制。如果進入汽輪機蒸汽的溫度不穩定，就會導致轉子不均勻受熱，造成轉子變形，形成轉子和氣缸間的不均勻膨脹，導致振動。

2.6 靜摩擦和動摩擦

近年來，對汽輪機可靠性的要求越來越高，動靜間隙越來越小，摩擦可能性越來越大，長期靜摩擦會使汽輪機產生持續振動。使得軸永久彎曲，整個軸系都可能受到損壞，造成嚴重經濟損失。

3 汽輪機振動故障處理措施

由于汽輪機運行過程中經常因振動而發生故障，設備不能正常運行。為此，技術人員可以根據現場實際情況深入分析問題，采取有效措施。

3.1 檢查剛度

工程師可以收集和整理汽輪機資料，并與標準資料進行比較，另外，負荷試驗和加載單元是保證設備配置的必要條件，必須提高設備正常運行的可能性，消除振動有關的缺陷。新安裝的設備必須在沒有負載和負載情況下使用。以正常方式生產和加工設備，填料函密封系統、密封系統和試驗結果均符合標準。

3.2 智能檢測設備

設備正確運行和安裝能有效防止汽輪機振動相關故障，設備必須安裝必要的監測點，以便實時檢測振動并報告異常時間點。必須妥善組織技術人員處理，防止問題升級，造成更嚴重影響。

3.3 防振設備安裝

如上所述，在檢測到異常振動條件后安裝智能監測裝置可提供報警信息。報警指令是讓技術人員在緊急情況下自動關閉電路，停止設備運行。在此過程中，現場人員還應采取緊急措施，為保障機組設備安全，還可以安裝智能監控保護設備，提高設備使用質量和效率。

3.4 提高機組膨脹和溫度的措施

機組的膨脹由多種原因造成，從成型角度看，原因可分膨脹不均勻、溫度不穩定的故障。因此，為避免機組故障，可定期檢查、維修和更換頂升系統。操作汽輪機設備前，有必要提供均勻的預熱，使汽缸保持溫度。還需要監測潤滑油溫度、軸封溫度和排氣蒸汽溫度。如果發現溫度不符合操作要求，必須及時采取相應措施，建立自動溫控系統。

3.5 油膜振動的處理措施

通過總結大量實踐經驗，分析資料，總結出處理油膜振動的具體措施：①適當提高數據值；②盡量減小墊層之間距離，能很好地控制振動的頻率和強度；③盡量減小載體夾角。然后根據實際需要選擇潤滑油。在強度沖擊情況下，應使用低黏度潤滑油。另外，振動主要是由于各部件受力不均導致受力異常，不平衡受力導致設備在高速轉動的過程中偏離中心，要根據實際情況靈活選擇維修措施。

3.6 蒸汽流振動故障的產生

處理氣流引起的異常振動非常困難。一般來說，為提高處理誤差的能力和誤差響應措施的質量，有必要深入分析和研究汽輪機的振動現象和強度。必須編制至少1 年的振動和運行數據，使其成為數據曲線。分析數據曲線的變化和幅度，最終確定氣流強度的分布。降低負荷變化速度，避免負荷變化過快導致汽流異常產生振動。

3.7 消除轉子熱彎曲故障的措施

轉子在工作一定時間或較長時間后，由于溫度過高，容易產生電流振動而變形，目前沒有更好的方法來處理這種現象，主要措施是更換轉子。

3.8 摩擦振動頻率

汽輪機運行一段時間，會導致局部磨損，因此需要定期檢查。如果發現嚴重摩擦，必須及時采取措施加以制止，這樣可以提前預防，不僅可以降低機械維修成本，而且可以延長汽輪機使用壽命。

4 結束語

引起汽輪機振動的因素很多，幾乎所有誤差都會反映在汽輪機振動的不同程度。目前，我國振動診斷的準確率相對較低，振動診斷的方法主要是從直觀角度進行研究，但準確度的高低對診斷方面的影響目前還不太受重視。要更好地評估各種故障的振動機理，了解設備各方面信息，透徹分析設備情況，提高原因評估的準確性，更好地為生產服務。振動故障嚴重影響火電廠設備的正常運行，通過分析火電廠汽輪機振動故障的原因及處理方法，提出相應維修措施。正常操作中不可避免地會出現振動誤差。只有采取有效措施，降低汽輪機振動的發生頻率。因此，要加強維護管理，做好檢查工作，消除振動隱患，減少汽輪機設備因問題引起的損壞，解決問題，確保設備穩定安全使用。