淺談汽輪機運行振動的危害原因分析及處理

李杰

摘要：振動屬于汽輪機運行期間最常出現的問題，可以引發多種故障問題，為了避免出現振動情況，工作人員應正確分析振動的原因，在此基礎上做好防止措施，提升汽輪機的運行效率。本文則針對此分析了汽輪機運行期間振動的原因，并提出相應的處理措施，以期為此后汽輪機的運行提供更多借鑒依據。

關鍵詞：汽輪機；運行振動；危害原因；處理措施

1 汽輪機振動危原因

汽輪機在正常運行過程中出現振動問題是不可避免的，但若汽輪機組出現劇烈的異常振動問題，那么就說明汽輪機組存在缺陷問題。制造水平、安裝施工、運行檢修、監督管理，等等，這些都有可能引發異常振動問題，而且這些問題之間又是相互作用、相互影響的。要想及時、有效地進行故障排除，就必須優先掌握引發汽輪機異常故障的常見原因。

1.1 運行中心不正

發生中心不正的原因主要有以下幾點：第一，汽輪機在啟動過程中因為暖機的時間不足，直接升速后負荷增加太快，導致氣缸受熱后膨脹不均勻，調節系統存在卡澀問題，以至于汽缸無法自由膨脹，會與轉子發生相對性歪斜，汽輪機組產生了不正常的移位問題，從而引發汽輪機異常振動。第二，汽輪機組經歷過大修理后，在安裝靠背輪時存在問題，以至于中心位置沒有找準，在運行過程中產生了振動問題，說明此時產生的汽輪機異常振動情況是伴隨著負荷的不斷增加而增加。第三，若汽輪機組在進汽溫度遠遠超過設計標準的實際條件下運行，就會增加脹差與氣缸的變形風險，以至于汽輪機軸向位移超出被允許的限度，從而引發汽輪機異常振動問題。第四，當轉子因為某些原因和汽缸不同心時，極易發生間隙振蕩問題，從而導致汽輪機異常振動問題。

1.2 轉子質量不平衡

機組運行中葉片的脫落與磨損、腐蝕等現象使得轉子的質量不均勻，這種不均勻會使得轉子受到離心力的沖擊發生振動；轉子發生彎曲也會引起振動，主要是由于轉子彎曲后引起了汽輪機內部組件的摩擦，該種振動與轉子質量不均勻受到離心力沖擊之后所引起的振動相類似，但是也有不同，這種振動最典型的表現是軸向振動，當轉子的轉動速度超出了臨界的轉速時，轉子的軸向振動效果更為明顯；汽輪機轉子油膜不穩定或者是受到其他外力作用遭到破壞等，也會引起振動，主要是油膜在遭到破壞以后，使得軸瓦烏金燒毀形成軸頸的彎曲；汽輪機內部各組件之間發生摩擦會引起振動，主要是動葉片與靜葉片之間的摩擦、通流部分間隙與安裝的處理不當等的摩擦引起的振動；水沖擊也會引起振動，這種沖擊會造成轉子軸向推力與扭力之間的不平衡，產生劇烈振動。

1.3 油膜振蕩

汽輪機轉子的轉速高于兩倍第一臨界轉速時所發生的軸瓦自激振動即為油膜振蕩。油膜震蕩的振動頻率與轉子第一臨界轉速接近而發生共振，使轉子發生強烈的振蕩，發生油膜振蕩時，機械聲音異常。另外，油膜不穩定或受到破壞時，將會使軸瓦烏金燒毀及造成軸頸彎曲，引起汽輪機的劇烈振動。

1.4 摩擦造成

汽輪機由于長時間運行，對各個零部件均會造成不同程度的摩擦損傷，當零部件的摩擦損害過于嚴重時，則會造成汽輪機的異常振動問題。汽輪機摩擦出現異常振動的特征如下：第一，轉子熱變形會對汽輪機造成不平衡力，使汽輪機的振動信號受到影響，會出現少量分頻、倍頻以及高頻分量等現象；第二，當汽輪機發生摩擦時，汽輪機的振動會出現波動，波動的持續時間較長。而汽輪機摩擦過于嚴重時，汽輪機的振動幅度會大幅增加；第三，汽輪機在延緩運行過程中，下降速度超過臨界點時，汽輪機的振動幅度會增大。當汽輪機停止轉動

后，汽輪機的測量軸會出現明顯晃動。簡而言之，汽輪機由于摩擦出現異常振動是由于摩擦致使汽輪機溫度升高，局部溫度過熱造成轉子熱變形，產生不平衡力造成的異常振動。

2 汽輪機振動對應的危害

汽輪機振動對汽輪機的正常運行產生很大危害，具體包括以下幾個方面：

2.1 滑動軸承損壞，使汽輪機無法運行

汽輪機高速運行中，滑動軸承軸的軸瓦摩擦力較大，同時產生較高的溫度。這時，汽輪機的強烈振動會使滑動軸的軸瓦爆裂，讓滑動軸承抱死，致使汽輪機無法運轉。

2.2 滑銷系統磨損

滑銷系統一方面固定汽輪機氣缸及軸承外殼：一方面在運行中受熱或冷卻時，保證機組可以自由膨脹或收縮。滑銷嚴重磨損時，會影響機組的正常熱膨脹，從而引起更嚴重的事故。

2.3 葉片受力不均，使其變形或折斷

汽輪機在正常運轉中，蒸汽能量通過汽輪機葉片傳遞給機軸，進而轉化成機械動能。當汽輪機發生振動時，葉片受力不均使動應力過高而發生變形或折斷，對汽輪機運行產生影響。

2.4 零件松動或脫落，損壞機體或對人員傷害

汽輪機運轉中發生強烈振動，可能會使機組部件松動，嚴重時，甚至會使部件脫落。脫落部件可能隨汽輪機高速運轉飛出擊壞機體，也可能造成人員傷亡。

2.5 通流部分發生摩擦，嚴重時可能使主軸彎曲

汽輪機振動會使通流部分發生劇烈摩擦，對汽輪機主軸的沖擊力加大，嚴重時可能引起主軸彎曲現象，致使汽輪機組無法正常運轉。

2.6 直接或間接造成設備事故

當汽輪機發生過大振動時，危急保安器或機組的其它保護儀表的正常工作將直接受到影響，嚴重時引起這些部件的誤動作，直接造成事故停機。若發電機定子鐵芯和端部線圈振動過大，會使鐵芯疊片間絕緣破壞和線圈繞組間絕緣損壞，造成鐵芯過熱損壞，使繞組之間或繞組對地短路。

3 汽輪機異常振動的故障檢修

3.1 汽輪機異常振動第一次檢修

在進行汽輪機異常振動檢修工作時，應當根據汽輪機的運行情況進行反復檢修，確保汽輪機能夠進行正常工作。汽輪機異常振動的第一次檢修，應當分析汽輪機的運行情況，通過對汽輪機的各個部件進行檢查維修，應當確保汽輪機的各個參數能夠運行正常。對汽輪機進行故障檢修時，要根據汽輪機的故障問題，確定故障的原因，采取適宜的方法解決汽輪機異常振動問題。汽輪機異常振動的第一次檢修，是汽輪機故障檢修的基礎，通過對汽輪機進行整體檢查，可以修復汽輪機的運行問題，最大程度減輕汽輪機的異常振動情況，從而提高汽輪機的運行效率。

3.2 汽輪機異常振動第二次檢修

汽輪機在運行過程中出現故障問題時，可以通過多次檢修提高汽輪機的運行質量。在進行汽輪機異常振動第二次檢修工作時，可以對汽輪機的重點問題進行維修，通過對汽輪機內部進行檢修排查，可以調整汽輪機的內部運行情況，避免汽輪機由于內部運行問題出現異常振動現象。同時，汽輪機要調整各個零部件的間隙，減少汽輪機零部件的摩擦情況，避免汽輪機由于摩擦問題造成異常振動。通過對汽輪機的異常振動進行第二次檢修，可以深入分析汽輪機的運行狀況，及時修復汽輪機存在的故障問題，避免汽輪機由于故障問題反復出現異常振動。

4 汽輪機振動的具體處理措施

4.1 安裝和運行中使轉子處于平衡狀態

汽輪機運轉時，較一般機械振動力大。這就要求安裝人員在汽輪機安裝時，基礎要牢固，防止機體產生較大振動。另外，在安裝其它機械部件時，必須保證轉子圓周對稱位置重量差及整圈最大重量值與最小重量值差值在合格范圍之內。

4.2. 防止油膜失穩

設計人員在設計汽輪機時應適當提升軸系穩定性與系統阻尼，并做好相關工藝技術的檢查與控制工作，以免影響軸系的穩定性，提高汽輪機的工作效率。日常汽輪機軸承維護工作可以有效防止油膜失穩問題，對此，設計人員應在遵循運行原則的基礎上增大對比壓與負載，降低軸承寬度。同時，還應在提高油溫的基礎上增大承載系數，降低潤滑油粘度。但此種防止措施會降低油膜厚度，使汽輪機處于高溫工作狀態，從而導致油質老化問題，期間設計人員應充分注意。

4.3 減少動靜部件間的摩擦

減少動靜部件之間摩擦，首先，在設備安裝時，要注意零部件間隙符合圖紙及規范要求，防止部件錯位等。潤滑油在機組正常運行中起潤滑、冷卻等作用，在設備運行中，時常注意潤滑油的使用情況，定期更換和添加，并對油溫及油系統濾網前后壓差進行監測。

4.4 嚴格準守操作程序

汽輪機在運行中，操作人員必須嚴格準守操作程序，同時按規定，對水及蒸汽質量進行監控，防止水質不好，使葉片結垢或腐蝕，同時要防止蒸汽中帶水，引發水擊現象。

5 汽輪機運行中振動防止技術應用案例分析

5.1 案例機組振動問題

一方面是案例機組軸系情況，機組軸系高壓布置情況如下圖1所示。在沖轉過程中，工作人員同時開度4個高調閥對應的噴嘴，使其同時進汽，且中壓缸的氣缸下半左、右兩側同時接入2個中壓聯合氣閥，當將調節閥流量調節至30%以下時，再熱器可以維持基本的壓力。當調節閥流量超過30%時，應全開總流量指令，通過高壓調節閥調節負荷。機組在運行過程中突然發生軸振故障問題，進而導致跳機，經檢測發現，軸系各處的軸振明顯增加，高中壓缸處發生最大的振幅變化，最大可超過290μm。其中1#瓦x軸系振動幅度約為170μm，Y軸系振動幅度約為190uum。同時，工作人員實踐觀察發現，隨著軸振的不斷增加，各軸瓦各處的瓦振也不斷增大，其與軸振保持同樣的振動頻率。

5.2 汽輪機振動問題原因及處理

① 分析故障數據

汽輪機軸振受多種因素的影響，且之間相互關聯聯系，對此，工作人員應深入分析軸振故障的各種原因，針對性的制定解決措施。首先，汽輪機冷態啟動沖轉期間，高壓缸軸承并未發生明顯變化，這主要因為軸系保持良好的平衡性，且軸承保持正常的支撐剛度。故障發生之前，配汽與機組軸系保持良好的運行狀態。對此，工作人員應找出非軸系引發故障的相關因素。檢測發現，機組#3瓦振在運行期間并未發生異常情況，因此應了解分析#1瓦與#2瓦軸承的實際頻譜，判斷故障位置。

② 軸振原因分析

分析可以得知，高頻故障問題相近于碰撞故障。軸系發生故障時，轉速處于臨界狀態，軸系敏感于外界的擾動，引發嚴重的軸系振動突增問題。同時，實際調查發現，其他電廠也發生過類似問題，嚴重影響了大功率汽輪機發電機組的正常運行，應出臺完善的解決方案。

5.3 汽輪機運行軸振問題的解決

分析發現，動靜葉片或軸瓦碰撞屬于軸系故障問題的主要引發因素，在未并網發電時，機組沖轉起機導致氣缸膨脹不暢。同時，汽輪機在沖轉臨界轉速區的相互耦合導致振動瞬間增大，引發跳機問題，運行后期機組嚴重碰磨，具體見下圖2所示。

由上圖分析可知，#1與#2軸振保持不穩定運行模式，機組在快速升負荷階段對第三閥進行了負荷調節，負荷速率的突然增加增大了轉子徑向偏移量，發生碰磨問題。對此，汽輪機運行期間實際碰磨問題比較嚴重。之后工作人員采用電渦流傳感器診斷動靜部位的碰撞情況，判定具體位置。利用機械測振表有效測定故障信號，發現由轉子受熱不均引起熱彎曲，轉軸出現嚴重的磨損問題。之后工作人員適當降低了運行效率，更換處理零件，適當增加油脂，增強了潤滑效果，有效解決了動靜摩擦問題，促進了汽輪機的正常穩定運行。

結束語

汽輪機組的異常振動不僅危害機組，甚至會影響整個發電系統。因此要在了解其危害的基礎上進一步分析其產生的原因，這樣才能根據具體的原因采取更多的防止措施，確保其穩定運行，保證安全正常發電，提高經濟與社會效益水平。

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