汽輪機異常振動情況與故障排除

史利強 畢旺杰 高永順 華電萊州發(fā)電有限公司

汽輪發(fā)電機組作為發(fā)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。汽輪發(fā)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。

一、汽輪機組振動問題分析

（一）故障特點

1.轉子質量不均衡

由于轉子質量不平衡而產生的離心力或激勵力，是發(fā)電廠中最重要的振動問題之一。轉子質量參差不齊可以分為幾大類，但都會直接影響系統的性能。例如，如果由于轉子彎曲而不能及時調節(jié)裝置的彎曲狀態(tài)，則會發(fā)生零件的摩擦，導致工件和導向板之間的摩擦增大。調度控制不充分會導致汽輪機葉片變形和膜片彎曲而引起振動問題，這樣蒸汽渦輪汽輪機的振動問題會隨著速度增加、提升離心力的力度[2]。對于軸向振動的某些變化，必須預先設置電阻，以便評估振動幅度。根據動態(tài)軸承安裝的特定要求，嚴重的操作錯誤或其他現象可能會導致明顯的振動問題。簡而言之，在汽輪機機組運行期間，如果軸承系統與重力相關的剛度值始終保持穩(wěn)定，則在運行開始時機組的振幅會進一步增加，并且機組的振動將逐漸顯示出相同的頻率特性。

2.軸系無法對中

電廠的汽輪機機組在運行時，對驅動軸系統有著嚴格的要求。為了避免劇烈振動，必須將相應的零件安裝在相鄰位置。在實際操作中，如果側向反射不均勻或根據軸和安裝要求而明顯偏離，則必須相應地調整位置。由驅動軸系統故障引起的振動問題具有明顯的特征[3]。在將兩個相鄰的軸安裝在相對應的軸承部件的前提下，兩個相鄰軸的偏差和傾斜度很容易引起汽輪機的振動問題。因此，軸承對準故障的問題在一定程度上反映了汽輪機機組運行中的軸承偏差問題。鑒于這種振動破壞現象，有必要根據實際情況測量、評估和調整汽輪機機組外圈和兩個半聯軸器的開口偏差。

3.油膜振蕩

汽輪機是電廠發(fā)電設備的重要組成部分，其工作階段的不穩(wěn)定性會影響到整個發(fā)展過程。在汽輪機機組的振動階段，需要預先掌握振動的幅度，如果有不穩(wěn)定或其他現象發(fā)生，則需要及時匯總數據情況，并根據固定值控制速度。如果汽輪機運行期間轉子不穩(wěn)定，則其振動將非常混亂，振幅將進一步增加。油膜振動主要是由于汽輪機機組的嚴重不穩(wěn)定性引起的，振動頻率與速度之比為1：2。此時，即使裝置的速度增加，相應的振動頻率也保持在該恒定狀態(tài)。這種振動故障的主要特征是低頻振動和小振幅[4]。在這一前提下，如果蒸汽渦輪機的運行速度高于初級臨界速度的兩倍，則機組產生的低頻振動速度將與初級臨界速度同步。也就是說，當接收到共振系數時，汽輪機的低頻振動會在某種程度上被放大，并且頻率增加而變?yōu)橛湍ふ駝印Ｓ湍ふ駝优c千斤頂軸中的液壓壓力不足、運行期間潤滑劑中的雜質有關，其突出的特征是低頻振動。考慮到振動頻率的要求，應根據實際經驗調整相應的幅度，以避免劇烈振動。

（二）原因分析

1.中心振動異常

（1）汽輪機開始運轉時，如果預定的預熱時間不足、速度過快或負荷過大，則汽缸體在加熱過程中會膨脹不均。同時，汽輪機機組滑動銷系統的固定問題會限制汽缸的熱膨脹，這導致轉子和汽缸在操作期間的相對偏差，并最終導致整個機組的異常振動。這也是現階段汽輪機振動問題的主要原因。（2）在汽輪機設計階段，對于入口溫度有著嚴格的規(guī)定。但是，如果汽輪機機組未按規(guī)定要求運行，則會增加差異膨脹和氣缸變形。在機組運行期間，如果抬高高壓軸封，則整個汽輪機將經歷一定程度的軸向運動。當真空度下降時，廢氣的溫度相對升高、軸承向上移動，這自然會引起振動問題。顯然，這將改變汽輪機的重心，從而導致整個設備的異常振動。（3）對汽輪機機組進行全面檢查后，在安裝時應檢查聯軸器中心點是否有誤。隨著設備負載的增加，由于安裝錯誤導致的設備異常振動會加重，從而導致整個設備的二次損壞。如果汽輪機機組在高于設計值的入口溫度下運行，則其膨脹差異和氣缸變形可能會更加嚴重，從而導致設備中心振動超過軸承極限。

2.轉子質量不均衡

（1）由轉子的彈性彎曲引起的振動。在汽輪機機組運行期間，葉片裝置的破裂、磨損、腐蝕和溢出將直接導致轉子不平衡，并在彈性彎曲力的作用下引起振動。如果轉子彎曲，即使汽輪機內部部件之間沒有摩擦也會出現振動問題。這類振動的特征與質量不平衡的特征一致，兩者之間的區(qū)別在于，軸向振動是這種振動最明顯的特征，尤其是當汽輪機的速度超過相關規(guī)定值時，振動幅度會大大增加。（2）由于油膜損壞或穩(wěn)定性下降而引起的振動。在電站汽輪機裝置長期高負荷運行過程中，軸承油膜不可避免會變得不穩(wěn)定或損壞，軸承襯套的黑金會經燃燒后受損，導致整個軸承受熱不均勻，最終在軸頸彎曲的作用下，整個汽輪機會出現振動異常。如果油膜損壞或浮起，則設備的軸承襯套會更快地燃燒，并且軸頸受熱后會彎曲，從而引起振動問題。（3）由于蒸汽渦輪機內部部件之間的摩擦引起的振動。在汽輪機運行期間，如果發(fā)電機的定子和轉子之間的氣隙不均勻，并且發(fā)電機的轉子繞組短路，則會導致整個汽輪機機組的異常振動。由于轉子葉片和導向葉片之間的摩擦，軸向誤差和流動路徑中的間隙不足，渦輪葉片的變形和隔膜的彎曲，軸承的放置或操作誤差等，這些振動問題會引起摩擦和振動問題。（4）運行中由于水沖擊而引起的振動，也是引起轉子質量不均衡的重要原因之一。

二、汽輪機運行振動的解決措施

（一）重視汽輪機的安裝與檢修

汽輪機在安裝、檢修過程中，因操作不當，汽輪機在以后運行中發(fā)生異常振動的概率很大。這是因為工作人員的失誤可能會造成異步振動、轉子中心不對中、墊鐵與臺板存在間隙等現象。因此，為確保汽輪機正常運行，首先是在安裝過程中，找準汽輪機組的中心位置，切忌出現位移。其次是定期安排檢修工作，排查安全隱患，出現常見的故障特征，要立即采取緊急維修措施。最后是在安裝或檢修后必須進行試運行，當汽輪機各項指標都滿足使用需求且不出現故障特征時，方可移交生產或投入使用。汽輪機在運行過程中，若發(fā)生異常振動，必須及時找出原因，只有當振動控制在合理范圍后，才能繼續(xù)生產。此外，汽輪機在開始生產前，要先進行暖機，提高其在運行過程中的穩(wěn)定性。

（二）加強對汽輪機的振動監(jiān)視

為確保汽輪機正常運轉，對汽輪機的振動監(jiān)視工作必不可少，這是預防汽輪機異常振動的關鍵。例如，通過安裝軸承振動測量裝置、大軸振動測量裝置來檢測汽輪機振動情況。這類裝置能夠對汽輪機的振動情況產生反饋，當汽輪機振動頻率超過設定值時，裝置會發(fā)出警報，從而以最快速度通知維修人員進行搶修，必要時停機處理，防止機組損壞擴大。

（三）利用傳感器加強對汽輪機的保護

一套完善的振動保護裝置包含多種傳感器，例如，位移傳感器、溫度傳感器、重力傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器等。利用這些傳感器能夠組成監(jiān)控系統、保護系統和信號報警系統，這些系統又組合在一起，成為保護汽輪機安全運行的重要設備。當汽輪機振動超過臨界值時，裝置能夠發(fā)出脈沖信號，實現主汽門的自動關閉，汽輪機的緊急停機。近年，隨著各行各業(yè)都在開展自動化控制，保護裝置對汽輪機的重要性不言而喻。因此，企業(yè)要加強對保護裝置自動化的研究力度，不斷提升保護動作的安全性和可靠性。

三、結束語

振動現象普遍存在于汽輪機運行中且無法被消除，但應將振動控制在合理范圍內。若機組振動過大，會導致零部件松動，降低軸承與基座間的連接剛度，危急整個電力供汽系統，最終被迫停機。因此，工作人員要熟知汽輪機振動故障現象，及時找出振動原因，采取科學合理的手段來減小振動，確保汽輪機安全穩(wěn)定運行。