汽輪機震動的原因及處理分析

張勝良 華電萊州發電有限公司

受汽輪機振動較大這一因素影響，會導致汽輪機出現不同程度的老化及磨損等現象，雖然說汽輪機振動難以完全消除，但是，將振動控制在一定范圍的情況下，則能避免嚴重影響汽輪機正常運行，此時汽輪機振動危害也可以忽略不計。汽輪機運行過程，有很多因素都會造成異常振動現象，如設計失誤、裝配不當、零部件處于疲勞壽命極限等。一旦汽輪機軸系中心有變化情況出現，與原來平衡位置處于偏離狀態，而在偏離超過一定范圍的情況下，較大異常振幅就會隨之產生，致使機組內部動、靜摩擦不斷加劇，汽輪機異常振動就會越來越大，在此種振動問題惡性循環的情況下，機組零件松動問題就會逐漸產生，老化磨損情況也會愈發嚴重，嚴重損害企業經濟效益。

一、汽輪機組產生震動的危害

汽輪機組是熱電廠最重要的設備，當汽輪機組發生超出規定的震動時，會對電廠整個系統的運行造成致命的影響，輕則造成發電質量的降低，重則造成發電廠無法供電。汽輪機組發生震動造成的危害如下：

（一）汽輪機震動導致轉子軸封發生嚴重磨損

當汽輪機出現震動時，轉子端部軸承會出現磨損嚴重的情況，發電機組整體密封性能將會遭到破壞，最終會造成低壓缸進入空氣等問題。當機組發生密封破壞的同時，如果沒有采取相應措施進行控制時，將會造成高壓端的軸封密封不嚴泄漏，導致轉子相應部位發生高溫受熱，因部分位置高溫受熱，造成轉子彎曲。密封的破壞，會對軸系表面潤滑膜造成破壞，降低了軸系的潤滑效果，致使軸瓦表面鎢合金發生融化現象。另外，由于密封的破壞，也導致機組漏氣降低機械效率，造成了能源的浪費。

（二）汽輪機震動導致隔板之間氣封磨損

當汽輪機出現震動時，隔板之間氣封會出現磨損嚴重的情況，會加大機組的漏氣，造成轉子軸向力不斷加大，導致轉子端部的推力瓦受力嚴重，推力瓦表面的鎢合金發生融化情況。

（三）震動造成熱電廠經濟性能降低

汽輪機是將熱能轉變成機械能，機械能又帶動發電機進行發電，因此，發電系統產生熱能越高，發電系統發電效率就越高，經濟效益也越高。當汽輪機運行過程中，汽輪機氣封的間隙不大時，汽輪機熱效率就會高，反之，由于氣封間隙過大導致漏氣，會降低汽輪機的熱效率。汽輪機氣封的間隙大小，與機組震動情況存在直接關系，如震動太大，會增大氣封的間隙，造成機組熱效率降低，最終降低了電廠的經濟效益。

（四）震動會間接、直接導致設備產生故障

汽輪機的震動如果過大，會造成汽輪機組上儀表、傳感器等控制檢測設備不能正常的工作，工作過程中會出現錯誤的動作，致使汽輪機發生停機等事故。另外，發電機轉子在震動的作用下，會出現絕緣損壞，發電機在工作過程中，由于絕緣的損壞，會導致機組整體溫度的升高，致使繞組因高溫燒毀短路，造成發電機報廢。汽輪機出現震動故障，是汽輪機維護中最難的問題，因為汽輪機的震動引發原因是多種多樣的。我們要想解決汽輪機的震動故障，就必須找出產生震動的原因，根據產生的原因進行分析，通過分析結果才能制定相應的措施。

二、汽輪機振動大原因

（一）油膜失穩

油膜失穩的類型主要包含以下兩種，即半速渦流、油膜振蕩，低于兩倍第一臨界轉速的轉子轉速，就會有半速轉捩發生，在增加速度的情況下，上述情況會緩慢出現。通常來說，在最大轉速下，油膜不穩造成的振動現象會持續出現，或者也會在轉子轉速達到一定值的情況下出現消失現象。

（二）氣流振動

氣流不同的情況下，也會產生差異化振蕩原因。在工作轉速越接近臨界轉速的情況下，此時軸系統會呈現出越好的穩定性，但值得注意的是，在臨界轉速較高的情況下，不能保障汽輪機工作效率要求得以充分滿足，此時一些工作人員就會選擇汽輪機級數改變的方式進行應用，借此使跨距增大，達到工作效率提升目的，而這一過程就會有通流部兩側徑向間隙有較大誤差出現，增加軸徑所受切向力的同時，正向渦動隨之產生，磨損轉子，致使轉子出現彎曲現象，隨之更大的徑向間隙就會出現，流動切向力也會進一步增加。

（三）膨脹不均

一般來說，汽輪機工作環境通常都是以高溫狀態位置，而對于汽輪機機組零部件來說，具備的一個顯著特性就是熱障冷縮，所以在整體加熱和受熱環節，難以為整體的均勻受熱提供保障，此時就會導致汽輪機各部有不均勻熱膨脹現象出現，這一過程軸承位置偏移極易發生，影響剛度的同時，機械振動問題隨之出現。

（四）動靜摩擦

汽輪機振動最嚴重的一個因素就是動靜摩擦，如果有動靜摩擦問題發生，汽輪機內部零件碰撞概率極易增大，加劇汽輪機振動情況的同時，受劇烈振動影響，更劇烈的動靜摩擦就會因此出現，導致負反饋效應隨之產生，這一過程如接觸式汽封及軸承等直接接觸的零件，永久性彎曲形變問題極有可能會發生，嚴重事故就會隨之產生。

三、汽輪機常見異常振動的處理措施

（一）油膜失穩振動的處理

為確保油膜失穩問題能夠得到快速鑒別，可對渦動頻率變化進行及時檢測，因油膜失穩出現的原因通常是以軸系不具備良好穩定性為主，加之缺少足夠的系統阻尼，所以在解決油膜失穩造成的振動問題時，需要設計人員設計汽輪機環節，充分考慮對比壓及負載，避免設置過寬的軸承寬度，基于運行原則的遵循為出發點，在軸承寬度方面可適當減小，同時還可在軸承承載系數方面適當提升，這一過程應注意，軸承承載系數過大的情況下，潤滑油黏度會降低，油膜厚度也會逐漸減薄，升高工作環境溫度的同時，也會加快油質老化現象，所以具體設計過程應對軸承承載系數利弊進行充分考慮。除此之外，還應在相關工藝檢查及控制方面加強，加之汽輪機軸承維護工作的定期開展，使油膜失穩問題得到有效防治。

（二）氣流振動的處理方法

氣流振動處理難度較大，通常情況下，為確保處理能力及處理質量有效提升，應對汽輪機振動現象及強度進行深入分析和研究，同時注意至少一年時間內汽輪機運行數據的編制，通過數據曲線圖的繪制，對曲線變化及幅度進行分析，進而將氣流強度分布明確出來；與此同時，還應注意負荷變化速度的降低，借此避免受過快負荷變化因素影響而產生振動現象。除此之外，因軸向旋流為氣流振動的主要問題，為確保這一問題的產生得到有效防止，可選擇擾亂軸向旋流的方式進行應用，使失穩界限轉速有效提升。在進行初步設計時，設計人員可對大軸頸偏心率軸承進行應用，同時也可在幾何形狀方面進行改變，使振幅有效降低，同時將軸向旋流擾亂，為高速及穩定運轉的汽輪機提供幫助。

（三）膨脹不均的處理方法

在監測并預防膨脹不均造成的振動現象時，預期目標極易達成，具體來說，如果氣缸和熱壓力間有受力不穩情況出現，檢查及預防即可開展；而對于正式投入運行之前的汽輪機來說，應對疏通管道進行認真檢查，并且在輸水過程應注重管道清理工作的及時開展；在出現膨脹不均振動問題的情況下，應對汽輪機各部零件變形情況進行檢查，及時更換有問題的零部件，與此同時，還應在汽輪機膨脹不均與參數設置不正確是否相關方面進行研究，如果是因參數設置不正確而造成汽輪機膨脹不均問題，應對設備參數進行及時調整，同時在設備使用時間方面加以關注。

（四）動靜摩擦的處理方法

受動靜摩擦因素造成汽輪機振動問題時，需要機組設計人員基于設計原則的遵循為出發點，對汽輪機運行時各項參數進行認真計算并考慮；而對于運行過程的汽輪機來說，需要機組人員注意操作規程的嚴格遵守，避免對汽輪機工作效率過于盲目追求。日常維護過程，應在潤滑油及時補充方面加以注意，幫助汽輪機潤滑性有效增強。值得注意的是，運行一段時間的汽輪機，不可避免會有局部摩擦問題產生，所以應注意定期檢查工作的積極開展，在發現存在嚴重摩擦的情況下，應采取有效措施進行制止和解決，如及時更換摩擦嚴重的零部件等，避免受摩擦影響而嚴重阻礙機組正常運行。

四、結束語

通過對汽輪機運行過程中出現的問題進行分析總結，及時判斷汽輪機振動高的原因，并結合實際情況進行調整優化，及時有效地解決了汽輪機振動高的問題，為汽輪機長期運行積累了寶貴的經驗，從而確保機組長周期穩定運行。