關(guān)于汽輪機組異常振動的分析

李治中　張曉慧

摘 要：汽輪發(fā)電機是電廠的主要設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定的運行是電廠正常運行的基礎(chǔ)。但汽輪機在運行過程中也會經(jīng)常性的發(fā)生一些常見的故障，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，則會導(dǎo)致故障擴大，影響發(fā)電機的正常運行。特別是汽輪發(fā)電機異常振動故障，導(dǎo)致其故障發(fā)生的原因較多，這就需要檢修部門需要做發(fā)電機的檢修和維護工作，能夠準(zhǔn)確的對振動故障進行處理，從而確保汽輪發(fā)電機運行的安全性，確保發(fā)電機組能夠發(fā)揮出最大的效益。本文從汽輪機組振動的分類入手，分析了汽輪機異常振動故障原因查詢步驟，并進一步對汽輪機常見異常故障的分析和排除進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：汽輪機；振動；故障；排除

振動是發(fā)電機組運行時的正常狀態(tài)，由于汽輪機一旦高速旋轉(zhuǎn)時，必然會有振動產(chǎn)生，但如果振動超出了標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍，則屬于異常振動，這就不是運行的正常狀態(tài)了，而是一個故障的體現(xiàn)。所以通過汽輪機機組振動的情況可以直接反映出汽輪機機組運狀況的好壞，同時根據(jù)汽輪機振動情況也可以對機組設(shè)計、制造、安裝和檢修質(zhì)量進行綜合的反映。當(dāng)汽輪機發(fā)生振動故障時，往往會導(dǎo)致一些不良后果產(chǎn)生，使汽輪機正常的運行和生產(chǎn)受到較大的影響，甚至?xí)?dǎo)致汽輪機整體發(fā)生毀壞的情況。因為一旦異常振動，機組內(nèi)的零部件則會受到較大的動應(yīng)力，極易導(dǎo)致零部件疲勞和損壞的情況發(fā)生，而且在異常振動時機組內(nèi)的螺栓和螺帽也容易松懈，引發(fā)蒸汽泄漏的情況發(fā)生。極易導(dǎo)致動靜摩擦的產(chǎn)生，使軸承受到較大的磨損，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致主軸彎曲。所以正常對于新安裝和新檢修的機組，則需要經(jīng)過試運行合格后，才能投入正常的運行狀態(tài)。

1 汽輪機組振動的分類

目前機組軸系的彎曲振動發(fā)生的較為頻繁，主要以強迫振動和自激振動為主。通常情況下強迫振動是汽輪機運行時不可避免的振動，因為當(dāng)機械旋轉(zhuǎn)時外力作用下出現(xiàn)振動是正常的，所以通常情況下不屬于異常振動，但當(dāng)外力作用力較大時，特別是外力與旋轉(zhuǎn)中的機械某一頻率相當(dāng)時，則振動會超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值，發(fā)生異常振動。而在汽輪機正常運行時，通常情況下是不會發(fā)生自激振動的，這種振動的發(fā)生與實際的外力作用是無關(guān)的，通常情況下以軸瓦自激振動、蒸汽激振和摩擦渦動為主，所以其屬于異常振動，一旦自激振動發(fā)生，則需要及時進行處理，采取有效的措施將其控制和消除，以免導(dǎo)致故障擴大，帶來較大的損失。

2 汽輪機異常振動故障原因查詢步驟

在汽輪機運行過程中，發(fā)生振動是較為常見的事情，由于引發(fā)振動的原因較多，所以需要針對具體的引發(fā)振動的原因進行觀察，在汽輪機振動時需要注意振動的頻率、振動的相位和軸承相位的變化、振動的穩(wěn)定性、重復(fù)性等，及時記下這些振動特征，以便在維修時進行分析，并找出故障原因。同時還有一些汽輪機組由于在設(shè)計上就存在著缺陷，所以維修人員就需要對其故障點進行準(zhǔn)確的掌握，當(dāng)出現(xiàn)異常振動情況發(fā)生時，則需要首先考慮缺陷設(shè)計部件是否是引發(fā)故障的原因。

3 汽輪機組常見異常震動的分析與排除

通過對汽輪機運行過程中導(dǎo)致異常振動的情況分析表明，振動多是由汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形和摩擦振動所產(chǎn)生的，所以需要對這三個方面的主要特征和故障排除進行具體的分析，以便確保汽輪機運行的穩(wěn)定性。

3.1 汽流激振現(xiàn)象與故障排除

汽流激振有兩個主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，如負(fù)荷，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性。其原因主要是由于葉片受不均衡的汽體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(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。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）記錄每次機組振動的數(shù)據(jù)，連同機組滿負(fù)荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負(fù)荷時高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機組產(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)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機組異常振動特征、原因及排除

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)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負(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。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個轉(zhuǎn)速下會有所減小，即在某個轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會產(chǎn)生一個“凹谷”，這點與不平衡轉(zhuǎn)子動力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機組也就不會出現(xiàn)異常振動。

3.3 摩擦振動的特征、原因

摩擦振動的特征：

一是以工頻振動信號為其主頻信號，但在轉(zhuǎn)子熱彎曲時有新的不平衡力產(chǎn)生，但由于會受到?jīng)_擊和非線性因素的影響，所以還會有分頻、倍頻、高頻分量出現(xiàn)，部分時候其波形還會有“削頂“的情況發(fā)生。

二是在摩擦振動發(fā)生時，由于其在發(fā)生振動時的幅值和相位的波動特性還是存在的，而且會有較長的持續(xù)時間，而一旦摩擦加大時，則幅值和相位則不會再發(fā)生波動，這時幅值增大的速度則會非?？焖佟?/p>

三是一旦減速時，則會在過臨界時產(chǎn)生的振動要大于正常升速時的情況，而當(dāng)停機后轉(zhuǎn)子靜止時，再對大軸的晃度進行測量，則會發(fā)現(xiàn)其要比原始值有較大的增加。

摩擦振動的原因：

導(dǎo)致摩擦振動產(chǎn)生的主要原因并不是由于摩擦而導(dǎo)致的拌動和渦動現(xiàn)象，而是由于動靜摩擦?xí)r各點所受摩擦程度不同，這樣輕重摩擦處的溫度也會有所不同，這樣就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)止截面上呈現(xiàn)不均勻的溫度，這樣在局部溫度較高時，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲的產(chǎn)生，從而會有一個新的不平衡力作用上轉(zhuǎn)子上，從而引發(fā)振動。

4 結(jié)束語

運行中的汽輪機發(fā)生異常振動是不可避免的，屬于常見故障之一，所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽輪機異常振動發(fā)生時，則不要急于進行拆機處理，需要對故障的特征進行觀察，對故障點進行確定后，查看維修記錄，從而對故障點的零部件更換及檢修情況進行了解，通常情況下，維護和保養(yǎng)不久時，零部件發(fā)生故障的幾率較小，則需要排除零部件故障，考慮其他因素的影響。對于汽輪機異常振動故障的防范，需要加強日常的監(jiān)督和檢測，使其做到常態(tài)化，及時發(fā)現(xiàn)機組運行異常的情況，及時進行停動，從而避免損害的擴大。

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