試析汽輪機啟動過程中振動故障分析及處理措施

李威芳，呂強

（杭州汽輪機股份有限公司，浙江 杭州 310022）

汽輪機振動故障是一種比較常見的問題，并且不容易解決，有諸多因素會對汽輪機啟動過程產生影響，從而導致振動故障問題發生，要想有效解決振動故障問題，首先就要找到振動故障出現的原因，然后才能采取相對應的措施將問題解決。

1 汽輪機啟動過程中振動故障的危害

在生產系統中，汽輪機發揮著十分重要的作用，可以將其看作生產系統的“心臟”。在汽輪機啟動過程中一旦發生故障，就會在很大程度上影響整個生產系統，安全性和穩定性都會降低，所以需要加強對汽輪機啟動故障問題的重視。汽輪機啟動過程中出現振動故障問題帶來的具體影響如下：（1）一定程度上影響著汽輪機組的調速系統，故障問題會導致調速系統發生擺動現象，從而導致調速系統內部的各種零件之間相互磨損，降低零部件的使用壽命，并且遲緩率也會提升，使調速系統無法正常運行。（2）使汽輪機的耐疲勞強度降低。汽輪機的核心結構是轉動部分，在啟動過程中如果發生振動故障會對轉動部分造成影響，使轉動部分無法正常工作，使用壽命也會降低。（3）破壞滑銷系統。汽輪機在啟動過程中一旦機組發生振動故障問題，會對滑銷造成嚴重沖擊，從而使汽輪機組出現膨脹現象，并且這種膨脹現象具有不均勻的特征，擠壓力就會因此而形成，從而嚴重危害滑銷系統的正常功能。（4）對汽封造成破壞。一般來說，隔板之間都存在不同大小的空隙，需要采取有效的密封措施，比較常用的方法就是汽封法，假如汽輪機出現了振動故障問題，就會在一定程度破壞氣封，從而使隔板漏氣，嚴重影響汽輪機組的正常運行。（5）汽輪機組的振動故障問題還會影響低壓端軸封系統，使系統被破壞，這樣空氣就可以進入系統中，導致低壓缸不具備較好的真空度，同時空氣還會進入潤滑系統中，使潤滑油的純度降低，對潤滑效果造成影響，從而使摩擦力增大，導致汽輪機組的使用壽命縮減，運行過程中的維護成本支出也會增高。

2 汽輪機振動故障的原因分析

2.1 長時間運行導致的振動故障

如果汽輪機持續運行時間較長，得不到休息，就會出現超負荷現象，從而對實際運行過程造成影響，繼而引發各種故障問題，比如，油系統溫度進一步下降、蒸汽質量進一步降低、缸脹出現不均勻情況等，這些不良現象都是導致振動故障發生的原因。比如，汽輪機本來的振動并沒有出現異常，但經過大修后，再次啟動時就有可能導致軸承附近的振動值升高，在功率不斷增大的過程中，實際振動值會逐漸下降，直至恢復正常范圍內。引起這種現象的主要原因是蒸汽品質不高，使汽輪機出現激振現象。如果現場工況流量出現異常變化，就會對激振力產生影響，使其逐漸發生變化，最終導致多種不同頻率的激振力形成，同時還會對調頻正常的葉片產生影響，在頁面上面形成動應力。如果氣流無法在流通部件和葉片之間正常流通，就會形成不均勻的氣流，激振力也會隨之增大。

2.2 轉子熱變形引起振動故障問題

汽輪機的構成比較復雜，它的組成部件較多，發揮著重要作用的一種構件就是轉子鍛件，如果轉子鍛件的絕緣性能無法滿足具體要求，那么當汽輪機轉子受到高溫影響，就會使材質的異向性不斷增大。轉子在長時間運行過程中會出現發熱現象，當熱度達到一定標準后，轉軸的軸向會發生膨脹。在制作轉子的過程中如果采用的制造技術和工藝不同，會使轉子的異性增大，導致轉子容易出現變形問題，從而破壞振動的平衡性，并且振動的平衡性變化情況與轉子受熱程度之間有直接聯系。轉子在制造過程中會殘留一部分內應力，當汽輪機出現較大的溫差時，這部分內應力就會被釋放出來，從而導致摩擦現象出現，繼而引起振動異常問題。

2.3 摩擦引發的異常振動問題

汽輪機在平時的正常運行中，難以避免的一種問題就是摩擦現象，尤其是汽輪機運行時間較長或超負荷運行時，零部件之間的摩擦力就會加大，從而會對每個零部件造成一定影響，汽輪機啟動時出現振動故障的概率就會隨之增大。通常情況下，由于摩擦原因引起的振動故障問題不會對汽輪機的正常運轉造成嚴重影響，而且這種振動故障現象還有可能在之后的運行過程中逐漸減弱或消失。在摩擦過程中會有熱量產生，產生的這部分熱量會對轉子產生影響，是導致轉子出現變形問題的原因之一，轉子一旦出現變形問題就會間接引起振動故障問題。非線性是汽輪機振動系統的顯著特征，因為這種特征會引發不同程度的振動故障問題。波動現象也會因為摩擦產生的影響而出現，如果波動現象一直持續下去，就會使摩擦力增大，從而導致摩擦程度加深，汽輪機的振動幅度也會隨之增大。因摩擦引起的振動問題會影響汽輪機的運行速度，當達到轉速臨界值時，轉子的振動頻率會增大，這種情況下就算汽輪機停止運行，也能夠對轉子的晃動情況進行準確測量。

2.4 氣流激振引發的異常振動

使汽輪機出現振動故障問題的另一個原因就是氣流激振現象，如果氣流激振的低頻分量值不斷增高，就會導致汽輪機出現異常情況，出現氣流激振現象時，汽輪機的各項參數也會發生變化。引起氣流激振現象的原因有多種，比如，不均勻的靜葉出口氣流會引起氣流激振力，沒有合理設置汽機的負荷參數，采用的供汽方式也存在問題等都可能會造成氣流激振。

3 汽輪機啟動過程中的振動故障處理措施

3.1 氣流激振現象的處理方法

因為汽輪機在啟動過程中出現振動故障的原因有多種，所以首先需要分析振動故障出現的具體原因，然后再根據原因采取合適的振動故障處理方法。在處理氣流激振引起的振動故障問題時，首先要針對汽輪機的實際情況進行全面分析，充分掌握氣流激振的變化情況，同時還要將分析和觀測結果詳細記錄下來，然后找出氣流激振現象出現的具體原因，在這個過程中還應收集汽輪機的振動數據，并將這些數據作為繪制曲線圖的重要依據，接著分析汽輪機的振動變化情況，將變化的具體范圍和方向確定下來，最后找出氣流激振現象產生的原因，根據實際原因采取針對性措施進行控制。此外，嚴格控制汽輪機的負荷變化，合理調節進氣閥的開度，控制進氣量大小，使氣流激振維持在正常負荷范圍內，也是解決氣流激振問題的有效方法。

3.2 轉子熱變形的異常振動處理方法

在處理因轉子變形而引起的汽輪機振動故障問題時，需要做好轉子離心力的監測工作，根據監測結果判斷轉子熱變形的原因，然后再采取相對應的措施對轉子熱變形現象進行控制。如果離心力不高，轉子只是出現臨時性變形現象，可以將合適的配重平衡塊安裝到轉子上，使轉子的平衡狀態恢復，從而消除振動現象。如果轉子受損比較嚴重，就需要及時更換汽輪機的轉動部分，避免汽輪機因熱變形而引起振動故障的問題。此外，需要最大程度保證轉子在平衡狀態下工作，在汽輪機啟動和停止運行的過程中會發生持續盤車現象，此時，需做好汽輪機的密封工作，避免冷空氣和水進入汽輪機，防止潤滑油泄漏問題出現，從而實現對轉子熱變形現象的有效控制。

3.3 摩擦振動故障的處理方法

在處理汽輪機摩擦產生的振動故障問題時，需要加強對渦動和抖動現象的重視，將這兩種現象作為重點關注內容，做好渦動和抖動現象的監測和分析工作。在啟動汽輪機的過程中，如果出現碰撞問題，應及時降低機組的運轉速度，使其在低速狀態下慢慢磨合。如果振動頻率不在規定的范圍內，應及時關停機器，讓機子的溫度慢慢回升，等溫度達到一定程度而且轉子可以正常彎曲的時候再次將機器啟動。通過這種方法，一般都可以將摩擦現象消除。需要注意的是，不可使用“沖臨界”方法，讓機組被迫開啟，這樣會對汽輪機的大軸造成不可逆轉的影響，導致大軸出現永久彎曲的問題。

4 結語

綜上所述，汽輪機的正常運行十分重要，如果汽輪機在啟動過程中出現振動故障，就會威脅到汽輪機的正常運行，如果情況比較嚴重還可能導致汽輪機停止運轉，因此一旦發現汽輪機產生了振動故障，就需要引起重視，及時找到振動故障產生的具體原因，做好汽輪機振動數據信息的收集工作，并繪制出相應的曲線圖，并仔細觀察振動變化情況，然后針對不同的原因采取相應的處理方法將振動故障解決，為汽輪機的正常運行提供可靠保障。