火电厂汽轮机异常振动处理措施探究

葛志刚

国能重庆万州电力有限责任公司 重庆 404027

1 引言

火电厂中汽轮机的异常振动故障最为常见，多种内部故障会以异常振动的形式表现，因此，应以汽轮机异常振动为契机诊断汽轮机其他故障。由于此类故障如果不及时发现和排除，还会加剧振动所造成的危害，导致其他故障概率及其危害程度的增加，这就会降低火电厂的经济和社会效益，甚至会引发供电异常，威胁人们的用电安全。这就需要重点针对汽轮机异常振动的原因加以分析并研究相应的处理措施。

2 火电厂汽轮机异常振动概述

汽轮机运行中出现振动现象是不可避免的，只要将汽轮机的振幅控制在规定范围之内则不会对其正常运行造成影响。但是如果振幅过大，也就是出现了异常振动现象，也就是汽轮机的振幅超过了允许的最大值时，就可能会引发汽轮机连接部位的零件出现松动问题，这就会引发汽轮机运行故障。或者是由于显著的振动问题而加剧汽轮机与支撑零件之间的摩擦，从而对汽轮机本体造成损坏并缩短其使用寿命。还会因为异常振动原因而导致火电厂汽轮机故障概率的增加，从而会降低火电厂的整体发电质量和效率，导致火电厂整体经济效益的降低。

3 火电厂汽轮机异常振动的判断方法

在对汽轮机的异常振动进行判断时，主要针对性分析振动的相位、稳定性、频率以及相邻轴承的相位变化等因素。具体地说，汽轮机异常振动的判断依据，首先是振动相位是否变化以及发生变化的具体变化范围。其次是依据相应的振动现象的负荷、转速、持续时间、励磁电流强度、汽轮机表面温度等参数对汽轮机振动现象的稳定性加以判断。再次是根据不同的汽轮机振动频率来判断其产生原因，比如振动频率主要分为1/2X、1X、2X三种，需要针对不同的振动频率来分析其引发原因。最后是结合相邻轴承的具体状态，分析同向或反向等现象对相邻轴承造成的具体改变。除了上述内容，如果汽轮机本身存在结构设计不合理的原因，也会引发异常振动问题。

针对上述特点，在汽轮机异常振动故障诊断时通常会采取频谱分析和故障信号处理等方加以判断。对于前者来说，通过频谱检测仪来检测振动频率，检测不同频率谐波振动分量下的振幅及其对应的幅值谱，通过自动生成的谱线高度等判断频率分量振幅大小，分解不同信号中的频率成分并识别分解之后的频率，判断故障位置。对于后者来说，针对大量分频现象判断摩擦或气流激振问题，按相应的故障信号采取小波变化分析等方法来处理，提出一段时间内的信号频率加以分析，深入分析其时间基数和频率基数等，有效处理汽轮机故障信号。

4 火电厂汽轮机出现异常振动的原因

4.1 转子热变形的原因 汽轮机运行中转子始终处于高速运转状态，不可避免会由于摩擦等原因而产生热量，或者由于汽轮自身的密封不严而导致泄漏问题，外部的空气或水汽、杂质等进入气缸中，会与气缸壁以及内部元器件发生摩擦，都就会产生热量。如果转子内部散热条件较差，难以及时将热量散发而导致热量不断积聚，就会造成温度不断升高，一旦超出转子不可以承受的温度就会造成热变形问题。此问题表现出转子受热而弯曲，这就会改变转子的轴弹力而造成转子失衡，还会改变离心相位。如果上述改变较小，且轴弹力和离心力可以相互抵消则通常不会引发异常振动问题。反之，如果二者无法抵消，或者还会叠加在一块，就会加剧转子振动并引发异常振动故障，同时伴随着较大的噪音。

4.2 气流激振原因 由于火电厂运行中的负荷处于波动状态，偶尔也存在超负荷运行情况，如果超过规定的临界点且持续时间较长，则会加剧轴振动现象，而在低于此临界点时又会使得振动现象的迅速减弱。通常情况下，上述原因引发的振动现象的振动频率与高压转子一阶的临界转速近似时，会产生正向涡动的气流激振，且产生部位通常为高压转子位置或者是再热中压转子位置。如果此时汽轮机运行过程总出现气道中的气流不均匀问题，这就会导致叶片受力不均。尤其是针对大型机组来说，通常在叶片末端出现气流膨胀而改变气流运行路径，这就会引发气流激振问题。

4.3 摩擦振动原因 在汽轮机长时间运行并不断积聚热量导致转子热变形的同时，会造成转子弯曲而产生不平衡力，进而会对转子正常旋转造成干扰和冲击，这就导致在转子旋转过程中的振动信号中，还会增加除了正常的工频为主频的振动信号之外的高频分量和倍频等其他振动频率，因而会由于上述不平衡力而加剧转子摩擦。同时由于摩擦引发的振动幅值和相位自身存在波动性的特点，此种摩擦问题还会导致正常振动时所产生波动的持续时间延长，这就会导致摩擦所引发振动的幅度随之增加，这也会导致相位和幅值出现波动。

4.4 油膜振荡原因 正常的转子在旋转运行时会在表面产生一层油膜起到润滑和冷却等保护作用，但是如果在汽轮机处于高负荷的运行状态下会使得转子加速旋转，此时可能对转子油膜造成破坏，进而会破坏转子的平衡性与旋转稳定性。此外，还可能会由于转子轴线和平衡点涡动之间的关系而导致转子失去平衡，出现油膜震荡问题。

5 火电厂汽轮机常见异常振动的处理措施

5.1 转子热变形的预防处理 为了预防或降低转子热变形的发生概率，在汽轮机设备及转子安装过程中，不仅要严格执行安装步骤和流程、要求，而且要使用钢丝对轴线加以校准来保证其准确性。也就是在轴向中轴线前后位置设置预埋位置并调整螺丝，制定相应的钢丝架。然后使用钢皮尺对洼窝两侧的长度进行测量和调整，确保两侧的长度一致。还要使用水平仪开展复测工作，确保横向的水平性。也就是将水平仪放置在洼窝面上，合理调整竖向位置，保证轴承座的水平度达标。基于上述方法，逐一对所需要安装的机组构件开展调整和设备校准工作，保证汽轮机轴承纵向和横向上的稳定性，避免出现转子受力不均的问题。而针对出现了严重热弯曲问题的转子，则需要及时更换并排除故障。

5.2 气流激振问题的处理 针对气流激振故障的排查结果进行振动曲线的绘制，也就是基于所记录的数据绘制成的运行曲线来调整给水量和负荷速率，结合所记录数据的对比以及不同调整方式对气流激振结果的影响，采取可以对气流激振加以抵消的调整方式，最大化减小此问题所引发的危害。从而降低负荷率，尽量缩小气流激振的危害范围，避免此问题引发异常振动而影响汽轮机的正常运行。

5.3 摩擦振动问题的处理 由于汽轮机运行中各个构件之间的相互摩擦问题难以根除，如果摩擦严重则可能会引发转子热变形而导致异常振动问题。因此，在汽轮机运行中应加强日常巡检，及时发现内部部件的摩擦现象，判断是静摩擦还是动摩擦，针对出现严重摩擦以及较大噪声的问题加以检修或更换。此外，在日常运维管理中，还应加强对各个部件的维护保养，做好润滑和冷却等工作，调整好相互之间的间隙，降低摩擦概率及其造成的危害。

5.4 油膜震荡问题的处理 针对油膜震荡问题，首先要增加轴瓦的比压来减轻油膜震荡问题，二者可以调整上轴瓦的轴承合金宽度，缩小轴瓦顶部的孔隙来降低油膜震荡的发生概率。其次是调整轴瓦与轴颈之间的角度，缩小二者之间的接触角来减轻油膜震荡问题。在机组中选择应用具有较小动力粘度的润滑油来提升机组工作效率并降低油膜震荡危害。最后就是改善转子的不平衡状态，最大化降低转子的不平衡力，保证转子的稳定运行，从而降低油膜震荡的出现概率。

此外，火电厂运行检修工作人员，应加强学习，提升专业技术水平，针对异常报警信号，作出及时响应，结合上述故障检修经验，正确开展故障维修和排除工作。同时还要加强巡检，及时发现故障隐患，确保检修管理工作的规范化和制度化。

6 结语

目前火电厂规模在逐渐扩大，同时汽轮机组的容量也在同步增加，使其结构更加复杂，同时在高负荷和长时间运行状态下出现异常振动问题的概率也随之增加。针对上述现象，就需要采取科学的方法诊断异常振动故障，并且总结可能会引发此类故障的各类原因，结合不同原因做好预防和处理工作，及时排除故障，保证火电机组的稳定和高效运行。