汽輪機運行振動危害與解決措施

李宏偉

（內蒙古赤峰市赤峰熱電廠有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

引言

對于電廠而言，汽輪機在實際運行的過程中，經常會出現振動方面的問題，有時難以進行控制，如果機組存在某一些缺陷，那么必然會導致其出現較大的振動問題，使汽輪機內各個組件出現松動，最終會導致基座和氣缸等設施的剛度不斷減弱，如果無法及時控制，那么必然會導致其汽輪機組出現較大的振動問題。此外隨著現代技術發展，機械設備內部的精密程度越來越高，內部零件耦合狀態的要求也更加明顯。一旦某個零部件發生故障，將會影響整個生產鏈。對于汽輪機來說，可以通過觀察其振動情況來判斷內部零件是否出現松動和發生故障。若汽輪機出現振動過大，則表明該汽輪機出現故障，必須立即診斷維修。影響汽輪機振動的因素有很多，因此，準確排查故障原因，給出解決措施，對企業有著重要意義。

一、對汽輪機的振動特性進行分析

針對汽輪機而言，主要作為重要的工業設備，其工作性質是高溫和高壓以及高速的，由于長期高速運轉，汽輪機裝置經常會出現故障問題，嚴重的對發電機的穩定運行帶來直接影響，汽輪機組異常振動是汽輪機較為復雜的誤差之一，裝置振動通常會受到多個方面因素所帶來的影響，例如汽輪機的參數和油溫以及油質等出現變化會導致其機組出現振動，所以需要詳細分析汽輪機振動的原因，只有在已經知道的條件下結合實際情況，科學分析汽輪機振動情況，對其做出相應的總結，才能決定采取哪種方法進行檢修。

二、分析汽輪機振動故障

（一）分析動靜部位摩擦

通常情況下，動靜部位摩擦分為局部碰摩和整周碰摩。一是動靜局部碰摩特點。輕微碰摩以及振動幅度不便，嚴重碰摩振幅減少，碰摩增加，諧波分量也出現增加現象。碰摩造成不平衡質量點位置不斷發生改變，使得相位也發生變化。二是動靜整周碰摩特征。轉子橫向振動頻率變高；軸頸中心向軸承內部間隙圓中心偏移；1×頻最大振幅為摩擦點截面間隙圓。造成動靜部位碰摩的原因主要有以下幾個：首先是再設計或安裝的過程中，動靜間隙比較小；其次是轉子振幅較大，還有可能是因為軸系存在問題，從而引起轉子偏斜，最終出現摩擦的情況。

（二）分析轉子質量不平衡

對于汽輪機的轉子質量而言，不平衡的特點存在多種，導致轉子質量不平衡的原因是多種多樣的，綜合分析，主要包括以下幾個方面：一是熱彎曲。當轉子發生熱彎曲后，其轉速會下降。當下降到臨界值時再啟動，就會產生更大振幅，從而出現汽輪機振動。轉子在不同狀態下的波特圖能夠幫助判斷是否發生熱彎曲。此外，轉子材料的熱應力、氣缸進水等原因都會使轉子發生熱彎曲。二是原始性不平衡。這類不平衡在轉子轉動前便是存在的，在加工或者是檢修的過程中將會遺留下來，其特征主要是振幅和相位受其他參數影響不大，振動特征較穩定。三是零部件的松動、飛脫。轉子上可能發生飛脫、松動的零部件有平衡質量塊、葉片和護環等。當零部件發生飛脫時，振幅呈突發性的變動，迅速增大到某一固定值。在此之外，如果機組帶有負荷時，較為容易出現這種類型的故障問題。

（三）分析異步振動

對于異步振動而言，主要分為了油膜震蕩和蒸汽激勵震蕩。一是油膜震蕩主要是由渦輪動所引起的。油膜渦動主要是軸頸位置隨著滑動軸承載荷的變化而變化。在變化過程中，產生慣性力，軸頸在外載荷作用下，使得軸頸中心線相對于平衡位置發生渦動。由于油膜支承著軸頸，因此發生油膜渦動時，油膜會出現不穩定或遭到破壞，最終引發共振，即油膜振蕩。主要故障特征：轉速增加時，振幅并不會隨之下降，在轉速降低到兩倍臨界轉速以下的情況下，將會出現停止的情況。軸心渦動方向和轉子轉向是一致的，軸心軌跡變化的范圍增加，同時呈現出紊亂的情況。二是蒸汽激勵震蕩問題出現的原因主要是由于靜子變形，或者轉子發生彎曲，導致汽輪機轉子與靜子間的徑向間隙發生偏差，產生一個切向力，使得轉子渦動，最終造成蒸汽激勵振蕩。主要故障特征：容易在高壓轉子上發生；軸心軌跡為橢圓；頻帶寬，振動出現的概率高；正向渦動，頻率為0.6×-0.9×。

（四）分析轉子中心不對中

一是聯軸器存在不對中。聯軸器不對中主要包括組合不對中以及角度不對中和平行不對中等。在這其中，平行不對中引發的振動頻率主要為轉子基頻的兩倍，角度不對中使其轉子產生軸向基頻振動。組合不對中則是上述兩種不對中的組合情況。聯軸器不對中的主要故障特征：振幅隨著負荷的増加而增大（平行不對中）；易引起工頻振動（角度不對中）；徑向和軸向聯軸器兩側相位差為180°（組合不對中）。二是軸承不對中。軸承不對中是因為軸承負荷不對中，導致軸承上下和左右位置出現了偏差，同時也會導致轉子出現失穩。其主要故障特征：徑向振動出現2×頻；軸承的油膜壓力變化成反方向；軸心運動軌跡為香蕉形；出現高次諧波；負荷變化時振動會發生改變。

（五）分析轉子裂紋

一是受熱應力的影響。熱應力的來源可能是因為設備頻繁的啟用，導致轉子啟停過程中出現較大的溫差變化，最終形成熱應力。二是應力集中。主要是因為轉子的材料、加工設計與安裝過程中出現錯誤操作。三是轉子受到腐蝕。蒸汽中帶有腐蝕性物質，轉子長期處于這種環境就會發生腐蝕現象。

（六）分析轉子中心孔進油

轉子中心孔進油的原因主要包括以下方面：首先沒有及時的清理殘余油；其次是大軸端的堵頭沒有擰緊，從而形成內外壓力差，導致潤滑油流入空中，轉子中心孔進油，引發汽輪機異常振動的原因不明，目前主流觀點如下。一是中心孔內的油轉速低于轉軸，然后引發同步激振，最終產生差振動。二是中心孔內液體的離心力能夠分解出一個切向力，與渦動方向相同，當轉子轉速＞臨界值時，就會發生同步失穩。三是轉子內部存在溫差，產生熱彎曲的情況，從而引起震動加大，不管是上述哪種觀點正確，轉子中心孔進油震動的故障特點都是一樣的，即1×頻振幅值增大，易發生在新機調試階段或維修后。

三、分析汽輪機振動故障問題解決措施

（一）需要重視汽輪機的安裝和檢修工作

對于汽輪機而言，在實際進行安裝的過程中，因為操作不合理，汽輪機在日后運行的過程中所出現的概率是相對比較大的，這點主要是由于工作人員的失誤，可能會導致異步振動和轉子中心不對稱、墊鐵與臺板存在間隙等現象。因此，為確保汽輪機正常運行，首先在安裝的過程中，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，才能移交進行生產和投入到實際應用中。此外汽輪機在實際運行的過程中，如果出現異常振動的問題，必須要及時找到問題原因，只有將其振動控制在合理的范圍內，才能繼續進行生產工作，與此同時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定性。

（二）提高對汽輪機的振動監視

為了能夠更好地保證汽輪機穩定運轉，對汽輪機的振動監視工作是必不可少的內容，這也是預防汽輪機異常振動的關鍵所在。比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，裝置會發出警報，從而以最快速度通知維修人員進行搶修，要及時停機處理，在一定程度上避免機組出現損失擴大現象。

（三）合理的應用傳感器提高對汽輪機的保護

對于完善的振動保護裝置而言，包括多種傳感器，比如位移傳感器、溫度傳感器和重力傳感器等等，通過合理的應用這些傳感器，能夠組成監控系統和保護系統以及信號報警系統，這些系統又組合到一起，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。所以對于企業而言，需要提高對保護裝置自動化的研究力度，在一定程度上不斷加強保護動作的安全性以及可靠性。

總結

總而言之，現如今隨著我國經濟建設快速的發展，使我國各行業都在不斷發展，電廠便是其中之一，在電廠實際運行的過程中，汽輪機的振動問題一直都是存在的，這些問題的存在將會對電廠穩定發展帶來較大的影響，同時汽輪機的振動問題出現也會對汽輪機穩定運行帶來影響，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，進一步采取科學合理的手段減小振動，確保汽輪機安全穩定運行，使其能夠全面的提高電廠運行的整體效率，不斷促進電力企業快速穩定的發展，只有這樣才能為人們提供出充足的電力資源。