汽輪機震動的原因及處理分析

申宏偉

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司方山發電廠，山西 呂梁 033000）

引言

電力能源是推動國家發展的重要基礎，為了確保全國經濟發展以及國民用電的需求，加強熱電廠汽輪機組維修、養護工作，保證城市能夠正常供電，是電廠最重要的工作。汽輪機組在工作的過程中，無法避免會存在一定的震動，當震動超出一定范圍時，震動會對設備產生極大的損害，因此，針對汽輪機震動原因及處理措施展開分析。

1 汽輪機運行過程中出現的問題

一般情況，汽輪機在啟動、停止的過程中會產生很大的震動。汽輪機在啟動、停止的過程中由靜態轉變成動態，或由動態轉變成靜態，其扭矩突變會產生很大震動，在啟動時，當汽輪機轉速升至工作轉速的時，機組會由劇烈地震動轉變成正常震動。引發汽輪機震動原因較多，但主要的原因是制造存在缺陷、安裝存在問題、運行的管理與檢修能力不高。

1.1 由于運行過程機組旋轉中心偏離導致震動

1）汽輪機在啟動的時候，如果暖機的時間不足，負載增加或者升速過快，將會導致氣缸熱膨脹或者系統調節不均，使得氣缸無法自由膨脹，使轉子與氣缸產生變形，導致工作中產生震動。

2）汽輪機在工作過程中，如果真空下降，會造成排氣的溫度過高，機組后軸承將抬高，最終機組旋轉中心發生偏差引發震動。

3）汽輪機在進行大修后，其靠背輪的安裝不正確，即中心位置不準，從而在工作時發生震動，并且，震動會隨著負荷的不斷增加，震動也隨之增大。

4）當汽輪機在進氣溫度過高情況下工作時，其氣缸與機組膨脹會變大，軸封會抬起等，這些情況會導致機組的軸向出現位移，從而造成震動。

5

）當機組轉子由于各種原因導致氣缸同心度發生偏移，機組運行時會出現間歇性震動[1]。

1.2 由于轉子動平衡的偏差產生震動

1）運動中汽輪機葉片發生折斷、結垢、腐蝕、磨損不均、脫落等情況，使汽輪機轉子出現旋轉不平衡的現象。當發電機的轉子不平衡或者繞組出現松動情況，導致轉子出現不平衡現象。因為上述的原因，汽輪機轉子發生不平衡，轉子旋轉時，會受到不平衡造成的離心作用力，離心力的不斷作用，會使轉子發生震動，如圖1所示。

圖1 軸不平衡震動示意圖

2）汽輪機轉子出現彈性彎曲，由于彎曲導致震動。如果轉子出現彎曲，機組在轉動時會因為不平衡產生震動的特點，與轉子的質量不平衡引發震動相似，其不同點為震動是軸向的震動，特別是在臨界轉速時，震動的幅度最明顯[2]，如圖2所示。

圖2 轉子彎曲示意圖

3）軸承的油膜被破壞或者不穩定而引發震動。轉子軸承的油膜被破壞或者不穩定，會造成軸瓦表面鎢合金融化，從而引發軸受熱變形彎曲，最終導致機組發生震動。

4）汽輪機旋轉部件產生摩擦引起機組震動。燃氣機葉片與導向的葉片產生摩擦，或者安裝存在問題，葉片發生變形、隔板出現彎曲，軸徑和軸承配合間隙過小等，都會由于摩擦引發震動。

5）水沖擊導致震動。在汽輪機工作過程中，蒸汽中存在一定量的水進入汽缸內，造成水沖擊，導致轉子的軸向力加大，產生不平衡的扭力，造成旋轉的轉子發生劇烈震動，最終將推力軸承燒毀。

2 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[3]。汽輪機組發生震動造成的危害如下：

2.1 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，如圖3所示。

圖3 端部軸承磨損

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[4]。

2.2 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。

2.3 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[5]。

2.4 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[6]。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。

3 針對機組震動所采取的措施

1）汽輪機震動缺陷，主要是通過一些故障信號反映出來。安裝新的汽輪機或維修后的汽輪機，一定要通過試運行以及進行各項震動測試合格以后，才能投送運行。當測試震動超出規定時，要及時查找出原因，并根據情況采取措施，將震動降低在規定范圍之內，當震動恢復合格后才能投入運行。

2）制定相應檢測措施。安裝相應震動檢測裝置，實時檢測機組運行過程中震動的情況，如果震動幅值超過規定，檢測裝置將發出報警，提醒工作人員采取措施，防止發生重大事故。要加大震動的監控，要將監測震動常態化與制度化，要達到震動幅值超出規定前，能夠及時將汽輪機停機，防止事故的擴大[7]。

3）使用相應傳感器有效進行保護。在汽輪機經常發生震動的部位安裝傳感器，這樣能夠實時監測到各部位震動發生的情況，根據傳感器實時發送的震動信號，操作人員能夠隨時了解機組運行情況，并且，控制設備能夠根據傳感器采集的信號，對機組進行自動控制。

4 結語

汽輪機發生震動危害巨大，它不僅降低機組壽命，嚴重影響正常供電，甚至會造成汽輪機報廢。所以，采取合理、科學的方法與措施，減少、避免機組出現震動。新機接收前，要對機組進行各項震動測試，必須合格以后再進行裝機運行。在機組運行生產中，監測震動要實施常態化與制度化，要嚴格控制、監測機組震動情況，要對產生的震動原因實行科學化的分析，確保汽輪機正常運行。