汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動原因分析與探討

袁春光

（哈爾濱電氣國際工程有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 汽輪機(jī)常見異常振動的分析及解決對策

汽輪機(jī)的異常震動現(xiàn)象，其誘發(fā)因素可以具體的概括為以下幾個方面：

1.1 汽輪發(fā)電機(jī)的油膜震蕩

1.1.1 油膜震蕩產(chǎn)生原因

發(fā)電機(jī)油膜自激震蕩是由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸承油膜上高速旋轉(zhuǎn)時，喪失穩(wěn)定性的結(jié)果。穩(wěn)定時，轉(zhuǎn)軸是圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)失穩(wěn)后。一方面，轉(zhuǎn)軸圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)；另一方面，該軸線本身還圍繞平衡點(diǎn)渦動。軸線的渦動頻率總保持大約等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，故又稱半速渦動。當(dāng)半速渦動的渦動速度同轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速相重合時，半速渦動被共振放大，就表現(xiàn)為激烈的振動。油膜振動具有下列特征：第一，油膜震蕩一經(jīng)發(fā)生，振幅便很快的增加，使機(jī)組產(chǎn)生激烈振動。這種振動隨著轉(zhuǎn)速的升高，振幅并不減小。失穩(wěn)而半速渦動可能較早。而油膜震蕩則總是在2倍于第一臨界轉(zhuǎn)速之后出現(xiàn)。第二，當(dāng)油膜震蕩時，振動的主頻率約等于發(fā)電機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速，且不隨轉(zhuǎn)速升高而改變。第三，由于發(fā)生油膜震蕩，振幅將不只是于轉(zhuǎn)速一致的工頻振動，而且還有低頻分量。第四，當(dāng)發(fā)生油膜震蕩的軸承，頂軸油壓也發(fā)生劇烈擺動，軸承內(nèi)有明顯的金屬撞擊聲。第五，當(dāng)油膜震蕩嚴(yán)重時，仔細(xì)觀察可以看到主軸的外露部分在顫動。

1.1.2 處理油膜震蕩的措施

通過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和數(shù)據(jù)分析，我們基本上總結(jié)出以下幾點(diǎn)具體的應(yīng)對油膜震蕩的措施：首先，可以適當(dāng)?shù)奶嵘S瓦比壓的數(shù)據(jù)值；其次，盡量的縮小軸瓦之間的間隔，這樣就能夠很好的控制震動的頻率和強(qiáng)度；再次，盡量的壓低軸瓦和軸頸之間的角度；最后，可以根據(jù)實(shí)際需要選用不同型號的潤滑油，出現(xiàn)幽默震蕩時，應(yīng)該使用粘性比較小的潤滑油。此外，震蕩發(fā)生主要是由于各個部位的受力不均勻，出現(xiàn)了力的偏差，盡量實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的受力平衡，也是一個比較好的處理辦法。當(dāng)然在實(shí)際的處理過程中，實(shí)際措施需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇，這與操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)能力密切相關(guān)。

1.2 汽輪發(fā)電機(jī)的汽流激振

1.2.1 汽流激振產(chǎn)生的原因

氣流引發(fā)的汽輪機(jī)震動是有一定的特征的，在進(jìn)行處理時，首先可以依據(jù)這些特征進(jìn)行震動性質(zhì)的劃分，便于進(jìn)而采取處理的措施。具體特征主要有：（1）當(dāng)汽輪機(jī)的運(yùn)動負(fù)荷超過其最大的額定數(shù)值時，汽輪機(jī)的軸承承載能力會發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致急速的震動，當(dāng)負(fù)荷減少時，震動也隨之逐漸的減??；（2）強(qiáng)烈振動的頻率約等于或低于高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速；（3）氣流引發(fā)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動方向是順時針方向的。（4）發(fā)生汽流激振的部位在高壓轉(zhuǎn)子或再熱中壓轉(zhuǎn)子段。

其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機(jī)組，由于末級較長，氣體在葉片末端膨脹產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。

1.2.2 汽流激振故障解決對策

氣流引發(fā)的震動異常處理措施比較復(fù)雜，通常需要對該汽輪機(jī)的震動現(xiàn)象和震動強(qiáng)度進(jìn)行綜合性的數(shù)據(jù)分析和調(diào)查。為了提高故障處理的能力和故障處理措施的質(zhì)量，需要進(jìn)行至少一年的震動和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)匯總，并將這些數(shù)據(jù)做成一個數(shù)據(jù)曲線，通過對數(shù)據(jù)曲線的變化和幅度分析，最終明確氣流的強(qiáng)弱分布。簡單的說就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式避免汽流激振。

1.3 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲

1.3.1 轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生原因分析

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)起機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。當(dāng)彎曲的作用大于不平衡量時，振幅的減小發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。

1.3.2 轉(zhuǎn)子熱彎曲故障解決措施

轉(zhuǎn)子在運(yùn)行一定時間后，或者是長時間運(yùn)行后，由于高溫作業(yè)，容易產(chǎn)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行的震動。對于這種現(xiàn)象，沒有比較好的處理辦法，主要的措施是更換新的轉(zhuǎn)子。

1.4 汽輪發(fā)電機(jī)的摩擦振動

1.4.1 摩擦振動產(chǎn)生原因

摩擦振動的特征：一是，由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻。但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是，發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時間可能比較長。渦動等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。

1.4.2 摩擦振動故障解決對策

汽輪機(jī)運(yùn)行一定時間后，會產(chǎn)生相應(yīng)的磨損，可能導(dǎo)致局部構(gòu)建出現(xiàn)磨損。因此，需要定期對其進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。通常情況下，需要安排專業(yè)的機(jī)械檢查人員，對所有的汽輪機(jī)進(jìn)行整體檢查，主要以設(shè)備的運(yùn)行狀況為主，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重摩擦的現(xiàn)象，及時采取措施制止。這樣就能夠防患于未然，既能夠減少機(jī)械維護(hù)的費(fèi)用，又能夠延長汽輪機(jī)的使用壽命。

2 對汽輪機(jī)異常振動故障采取的措施

由于汽輪機(jī)故障的原因比較復(fù)雜，所以在進(jìn)行故障處理時，也需要進(jìn)行具體問題的具體分析，通常來說汽輪機(jī)故障產(chǎn)生可能在安裝的過程中、運(yùn)行的過程中、以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中等，筆者結(jié)合相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)和理論技術(shù)，提出了如下幾種常見的故障處理辦法，希望能夠在實(shí)際的操作中給相關(guān)工作人員一定的參考和借鑒。

2.1 汽輪機(jī)的振動頻率問題

汽輪機(jī)的震動是存在頻率的，對于震動故障的解決，首先應(yīng)該明確分析其頻率的具體數(shù)值。從物理學(xué)的角度分析，汽輪機(jī)的頻率與汽輪機(jī)震動的相位密切相關(guān)。通常來說，升速時振動與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動大，振動的頻率主要是1X，振動的相位一般不變化及相鄰相位出現(xiàn)相同或相反，且重復(fù)性好。

2.2 汽輪機(jī)的振動與負(fù)荷的關(guān)系

汽輪機(jī)的振動與負(fù)荷有一定的關(guān)系，負(fù)荷數(shù)值超過額定數(shù)值之后，受力就會出現(xiàn)不均勻，這樣，汽輪機(jī)自然會發(fā)生振動。另外，由于高溫導(dǎo)致的熱變形也是發(fā)生振動的一個重要原因。

結(jié)語

未來，我國電力企業(yè)的汽輪機(jī)養(yǎng)護(hù)和管理工作必須形成一個完整的體系，進(jìn)行相關(guān)專業(yè)人員的定期業(yè)務(wù)培訓(xùn)，從汽輪機(jī)的安裝到使用再到后期的養(yǎng)護(hù)，都需要由專業(yè)的負(fù)責(zé)人員來完成，并將發(fā)現(xiàn)的問題和故障及時記錄和存檔，以便于后期相關(guān)問題的處理。通過系統(tǒng)化的管理和操作，未來我國汽輪機(jī)的整體應(yīng)用水平必然會提升。

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