汽轮机运行振动浅析

杨媛媛

一、摘要

本文对电厂汽轮机组发生振动异常故障的现象做了分析，总结出振动异常的危害，并通过一起在某电厂发生的由机组振动异常导致的事故来引出汽轮机组振动的原因，对原因进行了详细的分类分析，经过对事故案例进行试验分析，最终找到了事故发生的真正原因并作出了一系列的事故处理措施，防止了事故扩大，使设备运行恢复了正常。

二、关键词

汽轮机运行汽轮机振动

三、前言

火力发电厂是能源重要生产和转化单位，汽轮机是火力发电厂的三大主要设备之一，它的经济性好坏对电厂经济指标有重要的影响。汽轮发电机组是一种高速旋转的机械，转动机械不可避免的有一些振动，为了保证机组长期运行的安全，应努力将机组的振动降低到允许范围内，并力争达到优秀。汽轮发电机组振动过大往往是多种复杂的因素综合作用的结果，它与设计，制造，安装，运行，检修的水平有关。

四、事故经过

某电厂一台国产200MW机组，在试运行中存在3、4、5瓦振动较大，为此调整轴系平衡，空负荷下各瓦振动基本满意后进行带负荷试验，当有功负荷升至100MW时，2、3、4瓦振动明显增大，最显著的是3瓦垂直振动增大至80μm，负荷减小。振动主要分量是基频，并含有明显的2x、3x分量。当时诊断为转子热态对中不好，后经多次调整3、4、5瓦标高，发现每调一次轴瓦标高，对轴瓦振动都产生显著影响，由此坚信负荷振动增大是由转子热态对中不好引起的，但当轴瓦标高恢复到原来状态时，振动却较前有显著增大，以致该机寻找故障原因历时40多天，启停机组燃油消耗已达300多万元。

五、事故分析

汽轮发电机组的振动式有很大的迷惑性，以事故表面现象来判断这转子对不对中，其实是不足的。这说明汽轮发电机组有时有很大的迷惑性和复杂性。所以在发生振动时，我们一定要认真对待，不能盲目作出判断，必须经过科学合理的分析推导，才能准确得出事故原因。经过电厂运行人员多年的运行、检修经验，从中总结出了推导汽轮机振动原因的方法：

1.直观寻找振动故障：

2.诊断振动故障；

3.正向推理诊断振动故障.

根据本机组结构和故障方面的考虑，决定采用第3种方法来分析。从该机72小时试运、调整轴系平衡和后来多次调整轴瓦标高启动中所作振动测试，对其故障可做如下推理和诊断：

5.1振动类别：机组的振动类别可分为强迫振动、自激振动、共振等。根据本机组振动为基频可以看出，振动为强迫振动。可以排除其他振动的原因。

5.2支撑刚度：经轴系平衡后，冷态启动3000r/min下振动不大可以说明两点，一是轴系平衡较好，即激振力不大，二是轴瓦支撑动刚度正常。

轴瓦支撑动刚度包含结构刚度、共振和连接刚度三个因素。带负荷后振动增大时，通过检测，2、3、4瓦轴承座连接部件之间振动均小于5m，表明这些轴瓦连接刚度正常。由此可见，带负荷后振动增大是激振力增大所致。

5.3激振力：汽轮发电机组的振动按激振能源的不同，可分为强迫振动和自激振动两大类。

我们主要了解强迫振动。强迫振动是在外界干扰力的作用下产生的，这类振动现象比较普遍。振动的主要特征是振动的主频率和转子的转速一致，振动的波形多为正弦波。引起普通强迫振动的激振力有以下三种：

5.3.1轴系连接同心度和平直度偏差：冷态启动3000r/min时各瓦振动不大，说明轴系连接同心度和平直度偏差正常，因此带负荷后振动增大可排除这一激振力。至少轴承标高的改变，对普通强迫振动的影响很小。

5.3.2不平衡电磁力：振动增大是在并网后逐渐增大的，而且去掉励磁电流，振动并不立即减小，由此可以排除此激振力。

5.3.3不平衡力：空负荷下振动不大，带负荷后振动增大，在排除支撑刚度降低和引起普通强迫振动的上述两种激振后，只能是转子受热后平衡恶化所致。从振动增大主要发生2、3、4瓦上，且带负荷后解列停机，通过轴系临界转速时，中压转子的两个轴承振动变化量较大，其中3瓦振动由启动时的45μm，增大至150μm，当降低至盘车转速时，2瓦处轴颈晃度较原来增大40-50μm等这些现象分析可知，转子受热后平衡确实恶化，而且是发生在中压转子上，平衡恶化的原因是转子发生热弯曲。

5.4转子热弯曲的原因

产生热弯曲故障原因共有9个，依据是该机72h试运行带满负荷时，振动没有明显加大，经多次启动后才引起带负荷试振动增加可知，振动增大与有功负荷有着良好的对应关系。

结合这九种故障引起转子热弯曲各自形成原因、产生振动机理、转子结构等方面分析，首先可以排除转轴材质不均、转轴上套装零件失去紧力、套装叶轮轮毂之间轴向间隙不足、套装零件在转轴处不对称轴向漏气、轴向传热热阻径向分布不均、转轴与水接触、转轴径向碰磨等八个故障。转子中心存油或存水，引起直接不平衡可以忽略，但因中心孔几何中心与转子旋转中心不重合，或因转子挠曲等原因，在高速下孔内液体贴向孔壁上液膜厚度径向分布不均，由此引起不均匀的换热，而引起转子产生热弯曲，这种热弯曲是随机组有功负荷，即转子温度升高而加大的，且在转子一定温度情况下，转子热弯曲随油量增大而加大。中心孔进油的原因是孔的堵头不严或中心孔与外界直接沟通。机组带发负荷运行时，孔内气体膨胀而溢出，停机后冷却，孔内形成负压，当沟通处有诱惑水时，便会吸入。

根据这种故障形成机理及机组振动主要特征，由进一步推理可知，同机组调整系平衡及后来调整对中，转子多少冷却和加热，造成孔内积油逐渐增大，从而随着调整轴系次数的增多，振动越来越大。

5.5设计制造方面

在制造厂家，转子不平衡量较大的原因主要由是机械加工精度不够和装配质量较差引起，所以必须提高加工精度，同时保证装配质量，从而才能保证转子的原始不平衡量不致于太大。另外，如果机组的设计不当也会引起机组的振动。例如，在设计阶段轴承的选用是非常重要的，如果轴承选取不当，则会因为轴承稳定性太差而转子极小的不平衡量也可能引起机组较大的振动，或者油膜形成不好而极易诱发油膜振动。

5.6事故处理

以上述最后诊断结果指出，转子热弯曲故障为中心孔存油或存水这一故障不能排除。后将接长轴拆下，即发现中压转子中心孔堵头上有一小孔，已碳化的油从孔中流出，后将堵头拔下，发现中心孔内还有油约400g，从油面碳化不严重，油沉积不多等来看，中心孔进油时间不长。

清油后，堵头封好，再次启动带负荷，至满负荷，各轴瓦振动均小于40μm。

5.7振动异常现场工作实践总结

5.7.1安装错误造成的振动异常振动探头支架安装不牢固，安装错位，位置卡封不紧都容易造成振动数值的乱跳，目前振动监测设备大多采用插头卡键连接，卡键安装期间由于安装环境影响，容易粘上油污，时间变久，容易松动，同样会使监测信号乱跳。

5.7.2信号干扰造成的振动异常在实际工作中经常出现某个监测振动值突然增大，又突然减小，并且呈非线性变化，并伴随着机组重大操作出现，怀疑振动监测信号电缆附近存在干扰，尤其是目前使用的大功率电动门对监测电缆的影响尤其明显，在开关某个电动门时会伴随某个监测信号突变，判断起来十分困难，因此要求在机组施工阶段便对TSI设备的电缆槽盒进行独立设置。

5.7.3软件设置造成的振动异常目前大容量机组采用的振动监测设备可以通过设置参数改变线性坐标，甚至可以设置具体点位，来改变线性平滑度，但是设置均是通过人工手动设置，经验成分较大，倍频的设置同样可以造成振动监测的漂移。

5.7.4轴瓦紧力功能及其与振动的关系机组发生振动时目前不少地方往往首先怀疑和检查轴瓦紧力。这一现象一方面受传统做法的影响；另一方面直至目前还有不少资料指出，轴瓦紧力不足或称轴瓦松动是机组振动故障之一。

总之，机组振动测试结果是研究分析机组运行状况的重要技术依据。一是要坚持定期测试准确，做好记录；二是据以执行紧停规定或从振动异常中查找原因，采取措施防止设备扩大损坏。

六结束语

汽轮发电机组振动故障的类型很多，但其中常见故障的发生率占总数的95%。本文大致概括了汽轮机组产生振动的常见原因和现象，并简要针对一些问题提出了防止措施。希望对工作有所帮助。综上所述，通过以上对汽轮发电机组异常振动原因的了解以及掌握相应处理的措施，对电厂安装、检修、运行人员是非常必要的，它不仅提高电厂安装、检修、运行人员对机组发生异常振动的意识和正确判断、正确处理事故的方向，而且保证了汽轮发电机组的安全运行。这一点是无可厚非的。因此正确的了解掌握汽轮发电机组的异常振动的原因及其处理是有重要意义的。