火力發電廠汽輪機振動故障分析與檢修

王勝利

（陜西大唐蒲城發電有限責任公司，陜西 蒲城 715501）

0 引言

汽輪機安全穩定運行對火力發電至關重要。其結構復雜，運行過程中受各種因素影響，不可避免出現振動現象，輕則減負荷降效，重則直接導致機組停運，對機組壽命和機組運行經濟性有嚴重影響。如何做好汽輪機振動故障預防、檢查及后期維護工作，保證發電機組穩定高效生產，是相關技術和管理人員值得認真思考的問題。

1 汽輪機的振動故障分類

導致汽輪機發生異常振動故障的因素有很多，常見的機組振動原因有：

（1）汽流激蕩和軸承油膜振蕩引起的振動。①葉片受到不均衡的汽流沖擊產生汽流激蕩，對于較長的末級葉片，蒸汽在葉片膨脹末端產生流道絮亂，引起振動；②油膜不穩定或者被破壞，將會引起軸瓦烏金被燒毀，受熱引起軸頸彎曲，引起振動。

（2）機組運行中心不正引起的振動。①機組運行期間真空降低，會使低壓缸排汽溫度升高，后軸承座受熱微微向上抬起，破壞機組的中心，引起振動；②汽輪機啟動過程中，若暖機時間不夠，升速或者加負荷過快，會引起汽缸熱膨脹不均勻，或者滑銷系統存在卡澀，使汽缸不能自由膨脹，都會導致汽缸對轉子發生相對偏斜，引起振動；③機組在進汽溫度超過設計值的條件下運行，會使脹差和汽缸變形增加，造成機組中心移動超過運行限度，引起振動；④設備安裝時中心偏差大，導致運行時產生振動，且此振動是隨負荷的增加而增加的。

（3）轉子發生彎曲引起的振動。①轉子永久性彎曲引起的振動，若轉子承受的內應力超過材料的屈服極限時，會使轉子的局部產生塑性變形，且此變形應力消除后不會消失。生產中設備轉子若發生永久性彎曲，必須進行直軸處理，否則會造成更大的經濟損失。②轉子彈性熱彎曲引起的振動，表現為軸向振動，例如：當通過臨界轉速時，其軸向振幅增大較為顯著。

（4）轉子質量不平衡引起的振動。①轉子找平衡時，未能消除不平衡余量，或者轉子上某些部件出現松動，均會使轉子發生質量不平衡；②設備運行中，轉子葉片損壞、磨損、結垢，均會使轉子發生質量不平衡。

（5）汽輪機安裝部件松動引起的振動。汽輪機外部零件松動，會引起振動，例如：地腳螺絲、基礎等松動。

（6）發電機內部故障引起的振動。發電機轉子和靜子之間的間隙不均勻、發電機轉子線圈短路等，均會引起機組振動。

（7）汽輪機內部發生摩擦引起的振動。軸頸和軸承烏金側向間隙調整不當等均會引起摩擦，引起振動。

（8）水沖擊引起的振動。當機組運行期間，蒸汽帶水進入汽缸內發生水沖擊，將會造成軸承推力增大，產生較大的不平衡扭力，引起轉子產生劇烈振動，嚴重時會造成推力瓦被燒毀。

2 常見振動故障診斷

運行中可以根據汽輪機振動方式的不同來對其故障進行有效、精準的判斷，首先對故障的特性進行仔細觀察，做好相應的研究和分析，找到故障所在。①收集振動特征以及相關信息。振動的特征主要包括頻率、振幅與相位、振動與轉速之間的關系以及振動的趨勢；以及其他關聯信息內容，包括機組的日常、機組大小修檢修情況以及機組運行情況等。②分析故障機理。剔除故障的頻譜特征、趨勢特征，以及其它相關的特征內容，從而為故障的具體診斷提供相應的參考依據[1]。③對汽輪機故障進行診斷，目的是高效排除多發故障，采取相應的措施解決，保證汽輪機運行的穩定性[2]。

3 汽輪機振動危害和處理

3.1 汽輪機振動的危害

①端部軸封磨損造成低壓汽缸漏真空，影響機組的經濟性；隔板汽封磨損嚴重，使級間漏氣增大，影響機組的經濟性，且會引起轉子的軸向推力，引起推力瓦過載；高中壓缸漏汽量大，會使轉子軸頸局部受熱發生熱彎曲，水分進入潤滑油，破壞油膜。②轉動部件材料的疲勞度降低，引起葉片、輪盤等損壞。③動靜部分摩擦，引起轉子局部受熱發生彎曲甚至永久性彎曲。④滑銷磨損，嚴重時會影響機組正常熱膨脹，從而引起嚴重事故。⑤發電機勵磁繞組部件松動、碳刷損壞。⑥造成危急遮斷器誤動作。⑦造成調速系統不穩定，引起調速系統事故[3]。

3.2 汽輪機振動的處理

①當機組運行期間振動增大，或者發出異常聲音時，運行人員應對可能引起機組振動的原因以及運行參數進行檢查分析。首先檢查主汽門及調節汽門是否開啟正常，上下缸溫差是否正常，機組熱膨脹是否均勻，機組負荷和蒸汽溫度是否突然變化；其次檢查潤滑油溫、油壓是否正常，檢查軸承回油溫度及軸承烏金溫度是否正常；若以上方法查不到問題所在，可以適當改變機組負荷、發電機勵磁電流，觀察振動變化情況，并做好記錄，對振動原因進行進一步分析。②若未能查到振動原因，應聯系專業人員對振動頻譜進行測量，確定振動原因并采取措施減輕或消除振動源。③振動超過運行極限值時，應緊急停機進行處理；當機組出現強烈振動或汽輪機內發出明顯的金屬響聲時，應立即破壞真空緊急停機[4]。

4 振動故障診斷實例分析

2019年11月29日，1號機組啟動過程中出現發電機9瓦振動大。2019年11月29日至12月1日，1號機組總共啟動6次，均在2300rpm以后9瓦出現振動突然增大，迅速在1min內達到210μm，機組被迫手動打閘。振動上升過程如圖1所示。

圖1 9瓦振動圖

軸系結構圖及臨界區域設置如圖2所示。

圖2 軸系結構圖及臨界區域設置

振動峰值時各瓦振動數據如圖3所示。

圖3 機組2300rpm時測試數據

9瓦軸振伯德圖與頻譜如圖4～7所示。

圖4 9X方向伯德圖

圖5 機組2300rpm時9X方向頻譜圖

圖6 9Y方向伯德圖

圖7 機組2300rpm時，9Y方向頻譜圖

9號瓦軸振動幅度增大時，同時也影響著相鄰的10號瓦軸，但是通過降低無功功率的方法也依舊無法改變振動異常情況。因此對9號瓦軸的振動故障開始進行分析診斷[5]。

4.1 振動故障分析

軸系振動增大主要表現為9、10瓦在進入第二臨界區以后振動迅速增大，而10瓦振動增大主要由9瓦振動增大后引起。就地檢查蓋振也隨軸振相應增大，就地檢查各瓦頂軸油壓力在頂軸油泵停止前后波動不大，進入臨界區后油膜壓力正常穩定。根據9瓦現場測試振動頻譜判斷，振動增大原因為9瓦油膜產生渦動引起，后經過油溫（40～45℃）和背壓（7～13kPa）調整，均未產生效果。

鑒于幾種嘗試對油膜渦動現象影響甚微，可以發現機組的振動主要和轉速有關，而且波動均出現在高轉速階段，由此推斷出主軸與軸承發生動靜摩擦、發電機轉子脫空、軸瓦支撐剛度降低等都可以導致發電機組振動突變，因此，檢查振動故障時要重點對9瓦瓦枕螺栓松動情況、支撐瓦磨損情況、間隙數據情況進行檢查。

4.2 檢修方法

對9瓦進行解體檢查，發現9瓦瓦枕螺栓存在松動現象；復查了9瓦枕緊力、間隙數值合格，檢查9瓦的磨損情況，結果顯示，上下瓦均存在不同程度磨損情況。處理措施首先對9瓦嚴格按照工藝標準進行修刮，其次在瓦枕回裝時將瓦枕螺栓緊固到檢修要求0-3絲緊力。2019年12月10日，1號機組再次啟動時，各軸瓦振動均在正常范圍內。

5 結論

隨著科學技術和國民經濟的快速發展，人們對電能的需求量前所未有地增長，電力企業的平穩運行顯得尤為重要，而汽輪機組的性能對火電廠運行的穩定性會產生直接影響。汽輪機組在運行過程中一旦出現振動故障，將直接導致火電廠機組停運。因此，需要做好汽輪機組的日常保養維護，降低設備振動故障率；針對汽輪機振動故障特點進行有效診斷和維修，從而提高電廠汽輪機使用效率和運行壽命。