汽輪機運行中的振動問題防治處理

苗 程

（華電龍口發電有限公司，山東 龍口 265700）

引言

汽輪機設備的異常振動嚴重影響到設備的正常運行，嚴重時甚至出現振動過高而停機的現象，造成了巨大經濟損失。汽輪機的振動問題受到很多因素的影響，通過深入分析汽輪機振動問題并進行防治處理，可有效提高汽輪機運行效率，保障電力穩定高效生產。

1 汽輪機振動危害分析

振動即指物體偏離原有位置，通過能量轉換使其產生了一定的位移，一般情況下的振動并不會損害到汽輪機設備，不會影響到汽輪機的正常工作，但振動幅度超過某一范圍時，就會影響到汽輪機設備的作業效率甚至造成停機磨損。產生振動的原因是多樣的，在進行檢修維護工作時要對汽輪機的振動幅度進行監測，控制在0.05 mm之內則可滿足要求，否則會出現軸中心位置變化、發電機轉子內冷水路出現堵塞或軸承磨損等汽輪機的異常振動情況，很容易產生汽輪機設備零件松動，造成內部摩擦磨損，從而縮短汽輪機設備的使用壽命[1]。

2 汽輪機振動原因分析

引起汽輪機設別振動的原因主要包括油膜失穩、受熱膨脹不均勻、動靜摩擦以及氣流震蕩等。

1）油膜失穩。油膜振動和半速渦動會引發汽輪機設備的振動現象，尤其是當發電機轉子轉速不足第一臨界轉速的一半時就會出現半速渦動現象，而且伴隨著振動會一直持續到最高轉速。因此在轉子轉速不斷變化的過程中，這個渦動的頻率也會隨之變化，可以根據這一點對半速渦動現象進行判斷，避免汽輪機振動現象發生[2]。

2）受熱膨脹不均勻。引起這種現象的原因主要是因為氣缸膨脹受阻或加熱不均勻造成的，使得汽輪機設備轉子中心出現偏差，軸承位置標高出現變化，產生了機械振動。

3）動靜摩擦。汽輪機在持續運行狀態下，隨著動靜間隙的不斷減少，各零件之間的碰撞情況也就更容易產生，也就極易引起汽輪機設備的劇烈振動，甚至出現軸承的變形破壞掉整個軸承結構，造成汽輪機設備停機，引發更大的安全事故及經濟損失。

4）氣流震蕩。為提高汽輪機設備的運行效率，通常會通過增大跨距來降低臨界轉速，而汽輪機運行轉速與臨界轉速的差距增大時，汽輪機軸系統便會變得不穩定。在通流部分徑向間隙出現轉子彎曲，兩側間隙不同，軸徑受到的切向力變大，從而使軸出現正向渦動現象。葉輪流通部的相互作用也會使得葉輪圍帶與汽輪機殼之間的間隙變大，導致輪帶失穩磨損，進一步增大間隙以及切向力，也就產生了更大的振動。

3 汽輪機振動問題防治處理

3.1 汽輪機振動監測系統

為了對汽輪機的振動狀態進行實時監測檢修，必須建立完善的汽輪機振動監測系統。利用神經網絡建立的汽輪機振動監測系統是一種計算機處理技術，通過數學模型對人腦神經系統進行模擬，來模仿人對信息的處理過程。工作人員在汽輪機機頭部分以及易發生振動部分布設傳感器等采集裝置以及機械箱對振動信號進行采集，采集到的信號將存儲于特定文件中，并將采集到的信號進行處理后依據故障特征進行振動原因診斷處理，從而對汽輪機出現振動的原因進行分析，進行后續檢修工作[3]。

3.2 油膜失穩防護

在進行汽輪機設備設計時就應適當提高軸系穩定性以及系統阻尼，同時通過加強汽輪機的制造工藝技術來提高汽輪機的運行效率。汽輪機油膜失穩防護主要是通過加強對汽輪機設備的日常檢修維護工作來實現，具體操作可以增大對比壓以及負載，降低軸承寬度等。同時在提升汽輪機油溫問題時可適當增大承載系數，降低潤滑油的粘連效果，但這種方式會影響到油膜的厚度，造成油質老化等問題。

3.3 氣流震蕩防治

氣流震蕩問題是造成汽輪機設備振動的主要原因，因此為避免氣流震蕩帶來的影響，在進行汽輪機設備制造過程中就應通過反旋渦技術手段來對流體的軸向運行過程進行干擾，達到提升流體失穩界限轉速的效果。同時還可以通過對軸承外形進行重新設計來干擾汽輪機軸向旋流，降低切向力保證轉子在更高速度下保持穩定，避免轉子出現偏轉。

3.4 其他問題的防治

對汽輪機設備的受熱膨脹不均勻問題造成的振動進行處理，由于加熱不均勻的原因主要是因為受熱與加熱期間的阻礙引起的，因此在使用汽輪機設備時就要做好預先檢驗工作，對汽輪機管道進行疏水清洗工作。當遇到金屬氣缸與再熱壓力間出現受力不穩問題時，應對故障原因進行檢測，通過調整參數或間歇使用汽輪機設備來排除運行故障，同時應對汽輪機各零件的變形情況進行檢測，以便做到故障零件的及時更替以及對運行參數進行對應調整。

對汽輪機動靜摩擦引起的振動效果進行處理，主要是對汽輪機設備運行參數進行檢測，一般汽輪機設備動靜摩擦的產生都是在參數設置不合理情況下產生的。通過降低汽輪機的運行效率或對零部件的及時更換調整，來避免出現動靜摩擦現象，還可以通過涂油脂等手段來增加零件間的潤滑效果。

4 汽輪機振動防治案例分析

4.1 實際振動問題

汽輪機軸系瓦位位置如圖1所示，在沖轉時操作人員控制四個開度高調閥噴嘴同步進汽，在中壓缸的下半左右側接入了兩個中壓聯合氣閥，聯合氣閥的流量調節至30%以下時，再熱器基本可以保持壓力不變，而當流量調節至30%以上時，需下達全開指令，利用高壓閥調節負荷。此時汽輪機在運行過程中出現了異常軸振現象，然后發生了跳機現象，通過初步檢測發現軸系各處的軸振現象明顯變多，而且中高壓缸處的最大振幅超過了290μm。同時，軸振的不斷增加也導致瓦振頻率同步增大，而且振動頻率與軸振基本相同。

圖1 機組軸系高壓布置示意圖

4.2 振動原因及處理方案

1）依據故障數據分析。汽輪機設備發生軸振的原因很多，而且大都相互影響，因此必須對軸振發生的各原因進行分析并進行針對性處理。在汽輪機初始啟動沖轉時，高壓缸軸承基本未發生改變，此時的軸系基本處于平衡狀態，軸承保持良好的支承剛度。故障發生前，機組軸系與配汽均運行良好。因此，維修人員應找出非軸系引發故障的控制因素，通過檢測發現，圖1位置中3號瓦振運行期間為出現異常，因此故障位置出現在1號以及2號之間。

2）軸振故障原因分析。由于在高頻運行下的故障與碰撞故障類似，在軸系出現故障時，轉速基本處于臨界狀態，軸系極易受到外界干擾，此時出現的軸振也較為劇烈，這種現象在各大電廠中出現的頻率也較高，嚴重影響到了汽輪機設備的平穩運行。

3）軸振處理方案。上述分析可以看出，動靜葉片以及軸瓦碰撞是軸系發生異常的主要影響因素，在沒有進行并網發電前，機組沖轉起機造成了氣缸膨脹堵塞，而且汽輪機在臨界轉速區域內的相互耦合使得振動頻率增幅明顯，極易出現跳機現象，從而造成機組的劇烈磨損，具體如圖2所示。可以看出，1號和2號發生軸振而且運行過程也很不穩定，汽輪機機組在快速增加負荷階段對第三閥進行了負荷調節，負荷頻率的突變也增大了轉子徑向位移，也就導致了磨損現象的發生。因此汽輪機在實際運行過程中出現的磨損現象也就較為嚴重，此時通過電渦流傳感器對動靜部位的碰撞效果進行檢測并進行定位。同時通過機械測振表對故障信號進行定位檢測，發現了轉子受熱不均勻造成了轉子的熱彎曲現象，轉軸也出現了較為嚴重的磨損。通過更換零件并涂抹油脂潤滑，同時減緩汽輪機運行效率，動靜摩擦現象得到有效緩解，汽輪機運行也更為平穩。

圖2 并行后軸振動變化情況

5 結語

汽輪機設備的平穩運行是電力工作穩定運行的關鍵，通過對振動問題進行分析并提出具體防治舉措，才能保證汽輪機設備的平穩運行，保證電量的穩定供應，從而產生經濟效益。