電廠汽輪機組異常振動分析

韓志偉 馬亦飛

（內(nèi)蒙古烏海市北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 汽輪發(fā)電機組異常振動的危害

振動是指一種周期性的往復運動，處在高速旋轉(zhuǎn)下的汽輪發(fā)電機組，在正常運行中總是存在著不同程度和方向的振動。對于振動，我們希望它愈小愈好。對設備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動，都是指對設備有危害，超出了允許范圍的振動。

汽輪發(fā)電機組振動過大時可能引起的危害和嚴重后果如下：機組部件連接處松動，地腳螺絲松動、斷裂；機座(臺板)二次澆灌體松動，基礎產(chǎn)生裂縫：汽輪機葉片應力過高而疲勞折斷；危機保安器發(fā)生誤動作；通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴重時可能因此一起主軸的彎曲；滑銷磨損，滑銷嚴重磨損時，還會影響機組的正常熱膨脹，從而進一步引起更嚴重的事故；軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；發(fā)電機轉(zhuǎn)子護環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等。

從以上幾點可以看出，振動直接威脅著機組的安全運行。因此，在機組一旦出現(xiàn)振動時，就應及時找出引起振動的原因，并予以消除，決不允許在強烈振動的情況下讓機組繼續(xù)運行。

2 汽輪機異常振動原因分析

汽輪機組擔負著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務的重點。由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現(xiàn)，這嚴重影響了發(fā)電機組的正常運行。汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質(zhì)都會是機組振動的原因，比如進汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對汽輪機異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關鍵。

3 汽輪機組常見異常震動的分析與故障排除

引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。

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，且增大應該呈突發(fā)性，如負荷。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的記錄每次機組振動的數(shù)據(jù)，連同機組滿負荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從5T/h到50T/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)，采用減低負荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負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)有密切關系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負荷階段，此時轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應力釋放引起轉(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。

3.3 摩擦振動的特征、原因與排除

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)生摩擦時，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。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導致轉(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。

4 關于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析

生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據(jù)振動產(chǎn)生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關系。振動的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會有下列現(xiàn)象：升速時振動與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動大。特別過臨界時振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復性好。根據(jù)振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。

5 在振動監(jiān)測方面應做好的工作

目前200MW及以上的機組大都裝設了軸系監(jiān)控裝置，對振動實施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機組有的雖裝有振動監(jiān)測表，但準確度較差，要靠攜帶型振動表定期測試核對，有的機組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機組的振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅持定期（每周、每10天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關振動規(guī)定的認真執(zhí)行。因此，電廠應明確規(guī)定測試振動的周期，給汽機車間專業(yè)人員和運行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保存的和運行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上次測試結(jié)果增大時，專業(yè)人員應及時向領導匯報，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運行中如發(fā)現(xiàn)機組振動異常時，應立即使用現(xiàn)場保管的振動表進行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時，應立即打閘停機。如振動增加雖未達到0.05mm，但振動異常時聽到機組有響聲（如掉葉片等），或機內(nèi)聲音異常時，也應停機進行檢查。對一般的振動增大，也應向車間匯報，以便組織分析原因，采取措施。

總結(jié)

汽輪發(fā)電機組振動異常是運行中最常見的故障之一，其產(chǎn)生的原因是多方面的，也是十分、復雜的，它與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關系。超過允許范圍的振動往往是設備損壞的信號。振動過大將使汽輪機轉(zhuǎn)動部件如葉片、葉輪等的應力超過允許值而損壞；振動嚴重時，可能導致危急保安器誤動作而發(fā)生停機事故以及導致軸承座松動、基礎甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，必須使機組的振動水平保持在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

[1]剪天聰.汽輪機原理[M].北京：水力電力出版社，1992.

[2]上海汽輪機有限公司135MW中間再熱式汽輪機說明書，1999.5.

[3]胡念蘇.汽輪機設備及其系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2003.7.