淺談石化裝置中汽輪機異常振動故障分析及維修方法

李同勇

（大慶石化公司設備維修中心，黑龍江 大慶 163000）

1 分析汽輪機異常振動原因的重要意義

汽輪機是發電機組的重要組成部分，不過，由于其運行周期較長，所以在實際運行時其關鍵部件可能會產生穩定性下降的問題，從而導致發電機組的運行穩定與安全受到一定程度的影響。而在汽輪機組故障中，一個較為常見其復雜的問題就是異常振動，引發該問題的因素眾多，只要與汽輪機設備相關的零件均可能會導致其出現異常振動，如油溫、油質、轉子以及進汽參數等，所以唯有對其出現異常振動的原因進行分析與探討，方可針對性地進行處理，確保發電機組的運行正常與穩定。

2 汽輪機異常振動的原因分析

2.1 轉子質量不平衡

汽輪機在運行環節出現葉片脫落、折斷、結垢、腐蝕、不均勻磨損等情況，均會導致轉子質量不平衡的問題產生。例如，發電機轉子繞組不平衡、松動等均會導致轉子質量不平衡的情況發生。一旦出現該問題就會導致轉子每次轉動一周均要承受不平衡質量產生的離心力影響，久而久之，就會導致振動。此外，轉子發生彈性彎曲也會導致振動的情況出現。轉子彎曲即便不會導致汽輪機內動靜部件發生摩擦，也會導致振動。具體振動特征類似由于轉子質量不平衡而引發振動的情況，其區別在于該類振動的軸向振動較為明顯，尤其是達到轉速臨界過程中，會產生巨大的軸向振幅。

2.2 轉子熱變形

如果產生轉子變形的情況，也會導致其轉動出現不平衡，從而引發汽輪機異常故障。導致轉子熱變形的原因主要包括轉子沒有均勻冷卻、中心孔進油、氣缸動靜摩擦、冷空氣進入等。在機組冷態啟機定速后的帶負荷階段，轉子溫度逐步上升，材質釋放應力而導致轉子出現熱變形，使得轉子的振動頻率大幅增加，從而引發轉子變形的問題。

2.3 氣流激振

導致大型汽輪機組出現異常振動的一個重要原因就是氣流激振，因為相較普通汽輪機來說，大型汽輪機組的末級較長，因此在葉片膨脹末端氣體極易出現流道紊亂的問題，從而導致氣流激振的現象出現，引發異常振動。一旦出現氣流激振故障，要求有關人員判斷汽輪機組有無出現大量值的低頻分量，還有運行參數的幅值變化是否出現振幅過大的情況。所以，要想避免因為氣流激振而導致大型機組出現異常振動的情況，筆者認為應當在規定參數下運行汽輪機組，避免其長期運行在低壓低溫環境，而且還需要合理地控制汽輪機的升負荷率，避免由于負荷波動過大而導致氣流激振的情況出現。

2.4 油膜震蕩

如果發電機轉子運行速度過快的時候穩定性不足，就會導致油膜震蕩的情況出現，進而引發汽輪機出現異常振動。通常是基于軸承油膜上實現轉子旋轉，在運行穩定的情況下旋轉軸線也穩定，反之，轉軸環繞軸線轉動過程中，軸線也會出現渦動，一旦其速度達到轉子臨界轉速便會出現共振，半速渦動會在短時間內變大，使得汽輪機振動異常劇烈。概況來說，油膜震蕩主要有如下幾方面特點：（1）出現油膜震蕩過程中，振幅會大幅增加，同時即便轉速不斷上升振動也不會降低。（2）當轉速上升后油膜震蕩的主頻率亦不會出現改變，同時幾乎和發電機一階臨界轉速相同。（3）低頻與工頻分量一同存在于油膜震蕩的振幅當中。（4）在出現油膜震蕩過程中頂軸油壓會產生大幅擺動，并且還會有金屬碰撞的聲音出現。（5）如果油膜振動較為激烈還能夠用肉眼發現主軸外露部位出現顫動。

2.5 調速系統問題

如果電磁閥接通電源后，主汽門并無反應，就會導致汽輪機不能運轉，并產生異常振動現象。歸根結底是由于主汽門活動油路受阻，導致接通電磁閥電源后閥體活塞并無反應。此外，DEH控制指令變更，機組負荷出現不規則擺動同樣會導致汽輪機異常振動的情況發生。調整機組負荷到0，汽輪機調速系統不能運行，將緊急保安器開啟也沒有反應，唯有將自動主氣閥門關閉后方可停止。導致該問題出現通常是因為壓力變換器、油動機活塞被卡導致，部件內部的進回油孔被許多油泥堵塞，并且調速系統保護裝置卡住無法運轉、系統中高調門抖動，導致負荷波動同樣會導致波動問題出現。

3 汽輪機異常振動的維修方法

3.1 對汽輪機振動故障因子進行核查

第一，如果汽輪機有摩擦振動情況出現，這主要是由于溫度過高而導致整體機組發生彎曲變形，從而導致機組的不平衡力變大。所以要求維修工作人員能夠調節振動信號工頻為主頻，使其可以將細小的高頻、分頻以及倍頻分量顯示出來。第二，產生摩擦問題情況下，會導致機組中的相位與幅值出現浮動，并且將會維持一段較長時間。如若摩擦情況較為嚴重，那么會導致振動明顯增加，進而導致機組中的相位與振幅波動停止。

3.2 轉子質量不平衡的應對

轉子質量不平衡的故障在整體汽輪機組振動故障中約占比重80%，導致該問題出現的原因有：自身不平衡，或是部件在轉動過程中出現松動或脫落。其中自身不平衡主要是因為加工制造中存在缺陷引起的，或是在實際檢修時質量不達標而引起的。對于該類問題，要求工作人員在年度大修中要對其檢修質量進行嚴格把控。在部件在轉動時出現松動可能是連軸器、槽楔、轉子線圈、護環，出現飛脫可能是拉金、圍帶、葉片和平衡質量塊等。這些部件的松動或是飛脫均可能致使汽輪機機組出現異常振動，所以要求技術人員在年度大修中務必要對機組振動內部組件穩固情況進行仔細檢查，一旦出現松動或是飛脫等情況，要在第一時間進行處理。

3.3 轉子熱變形的應對

如果汽輪機組在運行過程中出現永久性彎曲的問題，必定會給企業帶來巨大的損失。如果有永久性彎曲的現象發生，工作人員可以采取直接使用直軸的方式進行處理。除此之外，在日常運行過程中，工作人員還可采取有效的措施防止永久性彎曲的故障出現。在對汽輪機進行安裝過程中，需要將其熱狀態下的變化考慮在內，對其動靜間隙實施有效調整，從而保證其運行過程中不會有動靜摩擦的產生。在運行過程中，需要確保氣缸的保溫條件良好，保證其在啟動和停機過程中上下部的溫度差異不會過大。此外，需要確保抽氣、主蒸汽以及再熱蒸汽管道具備較好的疏水體系。如果汽輪機組停機后需要將聯系公用系統的所有水源切斷，避免有水分進到氣缸中。在汽輪機組運行過程中，要求工作人員能夠密切關注機組振動情況，做到盡早發現動靜摩擦。如果汽輪機組轉速沒有超過第一臨界數值的情況下其軸承振動達到0.04mm時，務必要打閘停機，不可擅自將其速度降低或升高。將汽輪機組啟動前，務必要對其主軸的晃動、沖轉參數以及上下缸的溫差進行認真檢查，如果機組沖轉條件不允許，那么不得啟動。

3.4 汽流激振的應對

每次均要花費較長時間來記錄氣流激振故障中的機組振動數據以及機組滿負荷時的數據，并將其繪制為成組曲線，由工作人員對其變化以及趨勢進行分析與觀察。將升降負荷速率進行更改，給水量由 5T/h逐步到50T/h的，對曲線的變動情況進行觀察。通過轉變汽輪機在不同負荷情況下高壓調速氣門重調的特征來消除氣流激振。簡而言之，就是先確定汽輪機組出現氣流激振時的狀態，采取繞開出現氣流激振負荷區域或是將負荷變化率減小等方法降低出現氣流激振出現的概率。

3.5 油膜震蕩的應對

通過查閱相關資料還有實驗發現，出現油膜震蕩過程中可以采取如下幾點應對方法：（1）在規定數值內將軸瓦比壓提升；（2）盡可能將軸瓦間隙縮小到最小值，這樣一來，就能大幅降低振動頻率與強度；（3），需盡量減小軸瓦和軸頸間的接觸角；（4）選用適宜的潤滑油，出現油膜震蕩的故障需要選用黏性偏小的潤滑油；（5）盡量確保受力均衡可以發揮起良好的預防作用。出現油膜震蕩過程中需要采取有效的應對方式，而這大部分情況下都取決于工作人員的專業技能以及經驗。

3.6 調速問題的應對

首先，要求工作人員仔細觀察高壓主汽門電磁閥運行情況是否正常，拆開活動電磁閥，將其電源連接觀察電磁閥運行有無異常。其次，對主汽門活動排油路與油動機活塞底部高壓油進行仔細檢查觀察其有無受阻，并實施清潔工作。再者，如若出現活塞以及滑閥受卡而無法取出的情況，則要求安排專門的汽輪機拆解人員來將其取出，并做好閥門的清理工作，隨后再將其安裝并實施試驗。此外，對于調門擺動的情況，要求工作人員能夠分解其機械部分，或是調試控制部分，觀察波動現象有無消除，判斷調門自身有無存在問題。

4 結語

在石油化工生產過程中，導致汽輪機出現異常振動的原因比較多，在汽輪機實際維修過程中，要求技術人員能夠正確掌握導致汽輪機異常振動的原因，并采取針對性的維修方法，以切實提高汽輪機運行的穩定性，保障石油化工生產裝置的平穩運行。