汽轮机振动大的原因分析及其运行调整

邵光一

【摘 要】随着科学技术的迅猛发展，当前的汽轮机的综合性能已经十分优良，并已经成为很多电厂中的主要发电机组。但在实际运行中，汽轮机经常会出现异常振动的故障，严重威胁发电机组的正常运行，为此必须要采取有效的预防处理措施，尽可能地降低汽轮机异常振动的出现频率。本文简单分析了汽轮机振动概念及危害，并探讨了汽轮机振动大的原因分析及其运行调整策略。

【关键词】汽轮机；振动；原因；运行调整；策略

汽轮机作为一个集自动化控制、机械、电力等科学技术为一身的设备，被广泛应用在化工、电力行业的生产中，一旦其出现故障，将会造成局部或整个生产流程的中断，致使生产企业蒙受经济损失，甚至出现人员伤亡事故。不管哪一种设备出现故障之前都会有预兆的，正常情况是不会有机械设备没有预兆就出现故障的，故障之前的预兆大多表现为振动声和噪声，这些异常的声音表明设施设备在某个部位会存在有一定的故障。尤其是汽轮机，不管是轴承还是部件出现损坏之前都会有不同寻常的振动，这就是非常明显的故障。

一、汽轮机振动分析

1.基本概念

汽轮机振动即设备的部件偏离其固定的平衡位置，进而导致物体相应的位能和动能随之变化，出现反复性的连续运动被称之为振动。根据冲击力的不同，可以将汽轮机的振动分为自由振动和受迫振动两种形式。可以用相位、频率、方向以及振幅对汽轮机振动的大小和幅度进行描述。汽轮机振动的相位即振动过程中振动信号最大值与转子某一点的相对位置。频率即汽轮机在特定时间内振动的次数。汽轮机的振动方向包括横向、轴向和扭转三个方向，根据汽轮机运行过程中振动的大小可以将其分为双向振幅和单向振幅两类。

2.振动危害

如果汽轮机振动的幅度在规定的范围内，是不会对汽轮机的运行和电厂的正常工作产生影响的，但是当汽轮机出现异常振动时将会对发电机组的安全性以及电厂运行的经济效益产生巨大的负面影响。因而，汽轮机振动也是电厂机械设备检修的重要内容。汽轮机异常振动的危害主要表现在以下几个方面：第一，当汽轮机出现异常振动时，过大的振动幅度有可能导致机组之间连接部位的零件松动，增加了机组运转的安全隐患；第二，汽轮机振动过大还会增大机组支撑零件以及发电机部分的摩擦，给汽轮机的本体造成损害，导致汽轮机使用寿命的缩减；第三，汽轮机异常振动会导致电厂发电效率和发电质量的降低，进而影响电厂经济效益的提升。

二、汽轮机振动大的原因分析

1.设计制造问题

由于汽轮机中的转子的旋转速度非常快，如果转子的质心与旋转中心不能很好的重合，转子会出现不平衡而形成离心力，从而对轴承造成激振，导致汽轮机出现振动。如果离心力超过一定范围的时候，机组则会产生异常振动。其原因主要是因为汽轮机设计、制造的转子存在装配质量方面的问题。导致汽轮机转子产生不平衡的原因是因为制造厂家的机械加工在精度方面存在一定的問题，还有就是因为装配质量存在问题而造成的。因此，必须提高生产、制造、加工过程中的精度，并采取对应措施保证装配质量。同时，在装配中针对每一级叶片全部要实施动平衡试验，并且在转子装配好之后，在出厂之前实施高、低速动平衡检测工作，从而将转子的不平衡量严格控制在符合规定要求的范围之内。

2.动静部位摩擦问题

汽轮机转轴在运转过程中，转子中心O必然会偏离静子的几何中心O，当偏离的距离达到两端支撑轴承的径向间隙时，两者便发生了触碰。此时，转子上与静子部件触碰的点A会受到一个大小为N径向作用力和一个与转动方向相反的切向摩擦力f的作用，如图1所示。动静部位碰摩的原因有：第一，动静间隙过小，这可能是由于设计不当或安装时间隙调整不当所致；第二，转子振动引起，当振动振幅大于动静间隙时，就会发生碰磨；第三，轴系对中不好，可能造成整个转子偏斜，从而引发碰磨。转子的动静碰磨常伴随着其它现象，因此，在处理实际问题时，需将动静碰磨与其它振动特征结合起来进行分析，便于准确判断出故障所在。

3.汽流激振问题

汽流激振实际是指汽体压降促使转子产生位移，与汽缸发生偏移形成漩涡，由于漩涡的流动而引起的振动。通过实际分析可知，气流激振其主要特征如下：第一，会产生较大量值的低频分量；第二，运行参数会直接影响振动的增大，且增大呈现突发性。造成这种问题的原因主要有以下情况：第一，叶片受到不均衡的来流气体冲击，引发的气流激振，因大型机组的末级较长，汽体极易在大型机组的叶片膨胀末端发生流体紊乱，进而引发气流激振；第二，轴封也会引发气流激振，因此针对气流激振的特征及产生的原因，在对其进行故障处理时，必须要连同对机组振动的长时间记录数据，机组的满负荷数据做成机组曲线表，并通过对升降负荷速率的改变，对曲线的变化进行观察，利用汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振问题。

4.油膜涡动与油膜振荡

油膜涡动出现在滑动轴承支撑的轴系当中，滑动轴承受动载荷时，轴颈随着载荷的变化而发生位置改变，位置改变的过程中产生惯性力，这个惯性力也变成一种载荷，并且是一种动载荷。轴颈在外载荷的作用下，其中心线相对于轴承中心偏移了一定的距离而运动，当继续施加一扰动力，轴颈中心将再次改变位置，最终回到原先的位置或在一个新的平衡位置保持不变，此时，轴承是稳定的，反之便是不稳定的。后者的状态相当于轴颈中心线绕着平衡位置而发生运动，叫做涡动。因油的平均流速是转轴角速度的一半，油膜涡动又叫为半速涡动。油膜振荡是由于油膜的半速涡动而引起的，当转子转速提高到第一临界转速的两倍时，油膜涡动的频率与转子的固有频率相等，这便引起了共振，即油膜振荡。

三、汽轮机运行调整措施

1.做好设备运行检查与管理

第一，在机组运行过程中，必须在检修的时候重新检查汽轮机转子，并且严格遵照工艺要求来安装新叶片，结合机组结构特点以及机组的运行工况，对各部位之间的动静间隙进行优化与调整；第二，对转子以及汽缸的膨胀规律进行深入分析， 在启停机以及工况变化的时候必须对胀差进行调整与控制；第三，在机组启停的时候，必须对上下缸的蒸汽参数的变化、温度差、监视段压力以及轴的振动严格加以控制；第四，在运行过程中应避免水冲击，停机之后禁止冷水、冷气进入汽缸；第五，启动之前以及升速的时候，必须对转子晃度以及振动进行监视，严禁在超限时强行启动；第六，强化对操作人员的岗位技能教育与培训工作，操作人员必须严格遵照运行规程对汽轮机组的运行状况进行监视，定期实施监测，及时发现并解决问题。

2.加强动静部位碰摩故障诊断

对汽轮机动静部位碰摩的诊断要求具有高准确性，因为一旦断定发生了碰摩，必须要停机开缸检修，工作量很大。动静部位碰摩的诊断技术比较难以掌握，需要多种手段的组合运用，如详细记录汽轮机启动、停车过程的波特图、极坐标图，做出全频谱级联图，了解汽轮机安装及大修情况，翻阅安装或大修时的间隙记录，启机时采取“听诊”，这些方法在诊断过程中可以结合在一起使用，以提高诊断结果的准确性。另外，动静部位碰摩的诊断应尽量利用电涡流传感器，当怀疑汽轮机存在动静碰摩现象时，如果事先没装电涡流传感器，应尽早加装，以利后续的诊断。

3.做好汽流激振及油膜振荡分析

在汽轮机工作的过程中，会发生汽流激振的故障，首先需要对汽流激振进行相关的数据统计，并且记录下来，然后用图表的形式展现出来，通过对图表的观察，分析其中的内在规律，找到相关的解决措施。同时，汽轮机在工作的过程中，出现了油膜振荡的情况，需要及时采取措施加以解決，一般来说可以解决该类故障的方法比较多，其一，可以将轴瓦比压增高来解决；其二，可以将轴瓦顶部的间隙减小，或者是将上轴瓦轴承合金的宽度增大来实现解决；其三，可以将轴颈与轴瓦之间的接触角度缩小，但是不能够太小，需要控制在30°与40°之间；其四，减小润滑油的动力粘连度；其五，将转子原有的不平衡位置调节到平衡的状态。

4.积极应用振动监测技术

汽轮机发生故障不是一个偶然的事件，是一个动态变化的过程，我们可以利用现代的监测技术进行监视，从而及时的发现汽轮机出现故障的位置，这样可以实现针对性的了解故障发生的原因和状况，从而提取有效的措施实现问题的解决。通过这种方式实现对汽轮机故障的监测是最原始的方法，在对汽轮机工作状态下进行监测时，学会观察目前的状态和正常运行时的状态的变化，这样系统中的薄弱环节也能及时的采取相应的措施，这种类型的检测技术，减少了机械故障发生的概率，也节省了定期维修的费用，机械设备的使用寿命以及使用的效率得到极大的提升，发电的可靠性也得到了保证，检修过程中存在的风险和投入的成本也会减少。

四、结束语

总而言之，汽轮机是重要的电力生产设备，在实际运行过程中可能存在各种振动故障，这就需要相关人员能够加强检修，并对其运行过程进行深入研究，提升汽轮机运行质量。

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