汽輪機(jī)震動現(xiàn)象及原因分析

楊優(yōu)才

摘 要：汽輪機(jī)組振動異常在工業(yè)生產(chǎn)中是一個(gè)非常常見的問題，這類問題產(chǎn)生的原因當(dāng)然有很多方面，與制造、安裝、運(yùn)行水平、檢修等有著很直接的關(guān)系。本文從汽輪機(jī)的震動分析、影響因素及診斷進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；震動；診斷

汽輪機(jī)是一種以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，是現(xiàn)代發(fā)電廠中應(yīng)用最廣的原動機(jī)，由于轉(zhuǎn)動部分不可能絕對平衡，故在工作時(shí)會引起機(jī)組的振動。當(dāng)零件的自振頻率和激振力頻率合拍時(shí)會引起共振，使零件所受的動應(yīng)力變大，引起零件的疲勞損壞。

1 汽輪機(jī)振動故障分析

機(jī)組轉(zhuǎn)子受周期性的不平衡力產(chǎn)生受迫振動，產(chǎn)生不平衡力的原因很多。按力的性質(zhì)可分為：不平衡離心力、發(fā)電機(jī)不平衡的電磁力、軸承油膜不平衡的作用力和蒸汽對轉(zhuǎn)子作用的不平衡周向力。引起汽輪機(jī)組異常振動主要有以下幾個(gè)方面：汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。

汽流激振有兩個(gè)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(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。通過改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振轉(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，由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動。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(jī)組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生，機(jī)組也就不會出現(xiàn)異常振動。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；二是發(fā)生摩擦，摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大；三是降速過臨界時(shí)的振動一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。機(jī)組的振動不可避免，只要振幅不超過允許值，不影響安全運(yùn)行。但軸承支撐剛度不足，可能使振幅放大，原來合格的振動變?yōu)椴缓细瘛?/p>

2 汽機(jī)振動的影響因素

汽輪機(jī)振動的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，引起機(jī)組振動過大或者不正常的原因有很多，既有設(shè)計(jì)制造方面的原因，也有運(yùn)行方面的原因，還有安裝和檢修等方面的原因。

⑴設(shè)計(jì)制造方面。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合則會因?yàn)檗D(zhuǎn)子的不平衡而產(chǎn)生一個(gè)離心力，這個(gè)離心力會對軸承產(chǎn)生一個(gè)激振力而使之引起機(jī)組振動，如果這個(gè)離心力過大，則機(jī)組的振動就會異常。所以，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在裝配時(shí)每裝配一級葉片都應(yīng)該對該級葉片進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，整個(gè)轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速和高速動平衡，以確保轉(zhuǎn)子的不平衡量在一個(gè)合格的范圍內(nèi)。

⑵安裝和檢修方面。軸承的標(biāo)高。不管是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標(biāo)高不在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，那么轉(zhuǎn)子兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理；軸承自身特性。軸承自身特性對機(jī)組振動的也會產(chǎn)生影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個(gè)方面；機(jī)組中心。嚴(yán)格來講，機(jī)組中心應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度；滑銷系統(tǒng)?；N系統(tǒng)用于引導(dǎo)機(jī)組膨脹的，當(dāng)由于某種原因使滑銷系統(tǒng)卡澀時(shí)，機(jī)組的膨脹就會受到限制，當(dāng)機(jī)組的膨脹受到限制時(shí)就會引起機(jī)組較大的振動，嚴(yán)重時(shí)以至于不能開機(jī)或者引起動靜碰磨；動靜間隙。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和汽、軸封之間以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙。

⑶運(yùn)行方面。機(jī)組膨脹。當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動；潤滑油溫。潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個(gè)重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個(gè)重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，過高過低都對油膜的形成不利。

3 常見振動故障診斷

⑴轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的一般特征：最關(guān)鍵的特征是穩(wěn)定的工頻振動在整個(gè)信號中占主要成分。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的原因有三個(gè)：原始不平衡；轉(zhuǎn)動過程中的部件飛脫、松動；轉(zhuǎn)子的熱彎曲。其中原始不平衡是主要原因。

⑵轉(zhuǎn)子的彎曲。轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的質(zhì)量不平衡的主要特征是工頻振動隨時(shí)間的變化。轉(zhuǎn)子熱彎曲產(chǎn)生的原因：新機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲一般來自材質(zhì)熱應(yīng)力。只要沒有使轉(zhuǎn)子發(fā)生永久塑性變形，這類熱彎曲都是可以恢復(fù)的，引起熱彎曲的根源消除后，工頻振動大的現(xiàn)象也會隨之自行消失。

⑶動靜碰摩。隨著現(xiàn)代機(jī)組動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。碰摩的診斷是目前具有一定難度的主要振動故障。每年全國都會有幾臺大機(jī)組發(fā)生動靜碰摩而出現(xiàn)大振動，但在處理過程中卻往往要走彎路。需要進(jìn)行多次開機(jī)，平衡加重或支撐加固，為此延誤數(shù)周已是常事。最終開缸檢查，方發(fā)現(xiàn)汽封或通流部分已嚴(yán)重摩擦。碰摩原因：轉(zhuǎn)軸振動過大。

⑷油膜失穩(wěn)和汽流激振。這是一種自激振動。自激振動中，維持振動的擾動力是由它自身的運(yùn)動所產(chǎn)生并受其控制的，一旦運(yùn)動停止，擾動力隨之消失；自激振動以它本身的固有頻率振動，與外界激振力頻率無關(guān)。強(qiáng)迫振動中，持續(xù)作用的交變力獨(dú)立于運(yùn)動存在著，即使振動停止，它仍然會存在。系統(tǒng)振動的頻率與交變作用力的頻率相等。