汽輪機運行振動的危害與解決措施

周學宗(青海匯信資產管理有限責任公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

汽輪機運行期間，可以結合具體振動情況，判斷汽輪機狀態，如果汽輪機出現異常振動，很可能因為長期運行出現故障。導致汽輪機異常的原因較多，為了保證汽輪機穩定運行，提升汽輪機工作效率，有必要加強汽輪機異常振動控制，確保汽輪機振動處在合理范圍內。

1 汽輪機振動危害

汽輪發電機組作為發電系統中的主要構成，異常振動會對生產系統產生重要影響，情況嚴重的，還會導致全廠停車，最終對年度任務產生影響。

(1)軸封磨損會破壞密封作用，增大高壓缸蒸汽外漏量，進而使得水分進入到潤滑油中，引起油膜結構破壞，最終導致軸瓦烏金融化。隨著漏氣損失的不斷增加，機組經濟性也會受到影響。(2)磨損隔板汽封。當隔板汽封被嚴重磨損，會導致級間漏氣與轉子軸向力進一步增加，最終融化推力瓦烏金。(3)磨損滑銷系統。滑銷系統不僅可以固定軸承外殼與汽輪氣缸；還能確保機組有效收縮或膨脹。磨損嚴重期間，會對機組熱膨脹產生影響，嚴重的還會導致更多事故。(4)發電機勵磁機部件損壞。異常振動會對機組運行產生較大威脅，汽輪發電機組振動問題復雜，引起振動原因較多，但只要找到振動原因，就能合理解決振動問題。

2 汽輪機振動原因分析

通常來講，汽輪機啟停期間振動較大，啟停期間，當轉速接近臨界值，機組就會發生強烈振動，當轉速大于這一數值后，振動將不斷減小，最后恢復常態。為了解決汽輪機組超幅振動問題，有必要對其中存在的問題展開詳細分析，汽輪機工作期間，處理問題多是零件更換與調整運行參數，但唯有找到問題根源方能解決實際問題。引起汽輪機振動原因較多，下面就汽輪機振動故障原因與判定方法進行分析。

2.1 油膜失穩

汽輪機油膜失穩形式包含兩種：油膜振蕩與半速渦動。其中，半速渦動多發生在轉速低于第一臨界速度期間，隨著轉速的不斷提升，在某一低速階段開始，該振動會不斷升高，有時隨著轉子速度的增加，這一情況也會逐漸消失。隨著轉子轉速的不斷變化，渦動頻率也將不斷變化，但轉度半頻關系一直不變，識別半速渦動法多使用級聯圖，級聯圖中，半頻振鋒頻率點體現為斜率為2的直線。此外，波形圖中和軸心軌跡中也經常可以看到低頻特征。

2.2 氣流振動

氣流振蕩發生形式種類較多，原因也不相同：(1)頂隙激振，為了提升汽輪機效率與性能，設計人員多使用增加級數與提升轉速等方法開展設計工作。級數變化會導致轉子跨距不斷增長，臨界轉速逐漸降低，轉速提升又會導致臨界與工作轉速不斷增加，最終導致軸系統穩定性不斷下降。因轉子彎曲多是由于通流徑向間隙發生了改變，當一端間隙減小，另一端間隙會逐漸擴大，隨著變小端熱效率的增加，變大方熱效率會不斷減小，進而導致軸頸朝著轉動方向渦動。(2)葉輪流通中的作用力。葉輪圍帶與殼體間隙較大，當轉速為基頻2.5倍，很容易導致失穩情況出現。葉輪帶會產生失穩力，若葉輪帶泄流量不變，勢必會對環造成磨損，活塞式密封流動會產生一定切向力，出口密封間隙增加會導致流動切向力不斷增加，最終導致振動越來越嚴重。此時，葉輪圍帶力會對轉子動力產生較大影響，磨損環與葉輪圍帶徑向泄流量都會產生很大切向速度。氣流激振多產生于高參數高壓轉子中。一般情況下，渦動進動多是超前的，軌跡為橢圓形，振蕩期間，伴隨著振幅朝著偏心率的靠近，自激振動頻率逐漸靠近固有頻率。流體激振失穩后，轉子朝著自激振動方向轉變，最大振幅常常不會在軸承傳感器內出現。

2.3 膨脹不均

膨脹不均導致的振動多是因為氣缸膨脹受阻產生的，此時汽輪機軸承位置與標高都會改變，轉子中心位置偏移，軸承剛度不斷減弱，最終導致機械振動產生。引起這一振動的原因主要為：(1)機組開啟期間水流流動不暢，水流在暖管當中，一些疏水寄存于主汽管中，還有一部分，受到汽水的影響，經常出現膨脹不均的情況，最終使得設備運行期間產生摩擦振動；(2)沖轉和運行期間，壓力和汽缸溫度不配，轉子受熱不均，嚴重的還會導致彎曲與變形，潤滑油油壓、溫度等超過正常參數，最終使得氣缸與轉子膨脹不同而引發的振動。

2.4 動靜摩擦

近幾年，人們對汽輪機工作效率有了新的要求，動靜間隙逐漸減小，碰摩可能性不斷增加。動靜摩擦將引起汽輪機振動，情節嚴重的還會導致轉軸彎曲，軸系統受損嚴重。產生動靜摩擦原因如下：(1)轉軸振動大，質量不均衡，轉子彎曲，軸系失穩等情況；(2)轉子發生偏斜；(3)動靜間隙小；(4)缸體變形。

3 解決汽輪機異常振動措施

電廠運行期間，應做好汽輪機設備檢查工作，特別當汽輪機出現異常振動時，應合理采取措施處理問題，避免對供電質量與效率產生影響，給人們生活帶來不變。

3.1 解決油膜振蕩故障

汽輪機工作期間，經常有油膜振蕩情況出現，因此有必要合理采取措施解決，主要方法較多：(1)增加軸瓦比亞處理；(2)減小軸瓦頂端間隙，增加上軸瓦承合金寬度；(3)縮小軸頸和軸瓦間接觸，但避免這一角度過小，具體可以將其控制在300～400內；(4)降低潤滑油粘連度；(5)調節轉子位置到平衡狀態。

3.2 解決汽流激振故障

汽輪機運行期間，常常有汽流激振故障產生，當這一情況出現后，難以立即采取措施解決問題。經過一段時間的調查分析，方能找到最佳解決措施。具體應先統計分析汽流激振數據情況，然后詳細記錄下來，并用圖表形式展現，借助圖表觀察，找到其中內部規律，便于解決實際問題。

3.3 解決轉子發生熱彎曲故障

汽輪機工作較長時間后，轉子受到熱力作用常常會發生彎曲，這會對汽輪機運行狀態產生較大影響。當轉子在外力作用下彎曲，勢必需要更換新轉子，如此即可有效解決汽輪機振動故障問題，確保汽輪機合理運行。

為了減少汽輪機故障問題產生，不僅要確保設備合理安裝，還應保證級數人員經驗豐富，便于站在不同視角，加強設備運行與安裝控制，如此方能保證設備合理運行，最終為發電廠提供充分供電保障。若有故障出現，工作人員應詳細檢查故障位點，主動分析原因，及時采取措施，加強日常檢修與養護，同時讓工作人員做好工作記錄，合理控制故障產生。

3.4 提升預警分析能力

電廠汽輪機運行期間，常常會有振動情況出現，這會對機組正常運行產生較大影響。引起振動的原因較多，維修和檢測人員需要結合自身經驗，找到引起振動原因，便于及時采取措施做好預防處理。然后開展多次試驗，對汽輪機軸承進行測驗，待測驗通過后將其應用在機組當中，如果振動指數不達標，則應努力尋找原因，便于及時排出振動現象，確保汽輪機運行安全穩定。

3.5 加大汽輪機振動監督

汽輪機運行期間，加強對振動操作的管理監督，及時找到異常振動問題，同時提出最佳解決措施，便于降低汽輪機振動情況出現。因此，有必要在汽輪機中安裝大軸與軸承振動測量裝置，便于監督汽輪機組運行期間的異常振動。如果汽輪機有異常情況出現，測量裝置就會給出預警信號，然后告訴工作人員，讓其立即開展維修工作，嚴重時需要立即暫停設備處理，避免設備損失不斷擴大。

3.6 加強機組保護

汽輪機運行期間，電廠需要結合實際安裝汽輪機保護系統和監控裝置，以便在故障發生期間，保護系統和監視裝置可以給出警報信息，幫助運維人員及時進行故障維修，保證設備合理運行。但隨著近年來汽輪機組容量不斷增加，人們對汽輪機保護系統建設提出新的要求，這對電廠維修人員工作帶來較大挑戰，為了更好地滿足這一要求，裝置保護和維修人員應逐漸提高自身技術水平，全面降低汽輪機振動情況，便于推動電廠運行高效開展。

3.7 振動保護裝置安裝

振動保護裝置由信號報警系統、監控系統、保護系統構成，該裝置和測量裝置一樣，若振動大于某一臨界值裝置就會發出預警信號，該保護裝置的不同主要為其可以發出脈沖信號，該信號可以對電路進行合理控制，讓其主動關閉主要汽門，便于緊急停機。一直以來，在汽輪機機組量不斷增加的當下，安裝測量和保護裝置越來越重要。所以，日常工作期間，有必要加強安全監視和保護裝置動作研究，確保保護動作科學合理地開展。

4 結語

綜上所述，汽輪機運行期間，若有異常振動的情況出現，既會對機組運行產生影響，還會引起電力系統故障，最終導致設備難以運行。為了改變這一現狀，汽輪機運行期間，有必要加強日常檢修與維護，合理采取措施分析振動產生的原因，便于從源頭上排除故障隱患，確保汽輪機運行穩定高效，為電廠建設帶來較大經濟效益。