机组轴系振动诊断及处理方法研究

王新雷

摘要：我们针对某机组在汽轮机高压转子临界转速下及带负荷过程中振动幅度大、随机性波动，以及转子后瓦轴振周期性波动、振幅增大等故障进行了分析诊断。结果表明，引起振动的原因分别为汽轮机高压缸膨胀不畅、油挡积碳、发电机转子滑环以及发电机转子热不平衡等。我们对以上问题进行了诊断和处理的定向研究，希望通过本文的研究能够更加全面的掌握机组轴系机构及产生机组振动的重要原因，同时也为后期更好的处理机组振动问题提供参考。

关键词:轴系振动;高压缸;膨胀;积碳;动静碰摩;热不平衡。

1、引言

在发电企业运行过程中，机组轴系的正常运转与机组的发电效率有密切的联系，实际工作中，机组工作环境复杂，经常出现振动，危害较大，因此在现阶段加强对于机组轴系振动的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的掌握关于机组轴系的机构引发振动的主要原因，从而更好的保障机组轴系的正常运行，保障良好的运行效率。

2、机组轴系结构概述

本文主要针对某型号双缸双排汽的轮机机组进行研究。该机组在高、中压部分采用合缸结构，双层缸设计为低压缸部分。在工作运行中负荷或蒸汽参数等变化，导致波动出现在低压转子两端轴振的幅值和相位上。在机组运行过程中负荷变动，轴承处轴振(分别为低压转子前、后轴承处)随时间呈类似周期性变化。而且凝汽器真空变化引起轴承处轴振的变化。使轴承处轴变化轨迹呈不规则的状态，轴振“削波”现象比较明显。机组轴承瓦温偏高，在运行中震动不稳定，而且轴振低频分量较大。根据上述异常现象在机组运行过程中的具体体现，我们推断有可能在低压缸中心存在动态偏移问题，使低压汽缸的中心与轴系的中心不符，导致局部区域动、静间隙消失，产生摩擦振动。为了确定导致轴瓦发生异常振动的真正原因，需对该问题进行分析研究。

机组轴系由高、中压转子、低压转子、发电机转子和励磁机转子组成。各转子之间分别用常规刚性联轴器连接。高中压转子为落地式轴承，低压转子轴承安装在排汽缸上，而另一部分发电机轴承为端盖式轴承。还有一些轴承与励磁机安装在台板上，低压转子轴瓦、发电机转子轴瓦和励磁机转子轴瓦都为椭圆瓦，分别支撑在6个轴承上。

3、机组轴系振动原因分析

对于高压缸膨胀故障，随着运行时间的延长，机组在升速通过临界转速时汽轮机高压转子振幅越来越高，并且在定速带负荷过程中出现大幅度爬升、回落的不稳定的现象。现场检查发现，汽轮机高压缸立销垫片己经拉毛、卷曲，严重影响汽轮机高压缸的膨胀及收缩。垫片的损坏直接影响了机组的正常工作。

同时，在无任何操作的正常运行状态下的机组，汽轮机高压转子相对轴振出现无规律的波动现象最高振幅处于报警状态。由于工作转速下汽轮机高压转子呈现二阶振型的弯曲，转子两端靠近振型高点，所以应该在汽封处存在动静接触部位。通过检查也发现，汽轮机高压转子轴封发生严重漏气。由于热辐射的原因，机组长期运行将使油挡积碳，使动静间隙消失，从而导致汽轮机高压转子碰摩振动。而在机组起动定速以后，发电机转子后瓦轴振呈周期性波动。

由此我们发现发电机转子振动以基频分量为主，且处于不稳定状态。据此分析，发电机转子由于较为明显的热弯曲和外伸端不平衡响应导致存在持续性、轻微的动静碰摩。引起周期性震动。但是随着机组功率的升高，发电机转子相对轴振幅值大幅度爬升，额定负荷工况下的测点处于报警状态。根据振动与负荷的趋势特征，我们分析发现该振动为发电机转子存在热不平衡所致。机组由于转子热不平衡造成了匝间短路故障、氢气冷却风道局部堵塞、转子线棒膨胀受阻。

4、机组轴系振动的处理方法

我们通过对高压机故障进行系统排查得知，汽轮机高压转子轴振与汽轮机高压缸膨胀有关，更换垫片后，机组轴系的振动正常。而且通过排查发现，在机组运行过程中，由于发电机转子振动、滑环晃度过大、碳刷过硬以及安装紧力过大等因素的影响，均会引起发电机转子产生较为明显的热弯曲，对于外伸端不平衡响应灵敏度较高的发电机转子，则会引起明显的周期性振动。调整碳刷安装紧力后，发电机转子轴振周期性波动消失。

我们在机组供热期操作时，应尽量缓慢调整抽汽量，避免瞬间增大或减小。同时严密监视机组、供热管道等振动。利用机组停机检修机会，做好高中压缸进汽部位汽缸保温，进一步检查阻碍汽缸膨胀的收缩因素，如滑销系统，抽汽管道以及支吊架等。而在正常运行中观察瓦轴振和瓦振以及偏心实时在线监控曲线，一旦发现当振动有增大趋势且继续上升时，应立即采用减小供热量，降低负荷等措施，及早控制振动的进一步增大，及时汇报和做好记录。

机组正常运行当中，应尽量缓慢调整负荷，要符合规程的进行各主要参数的幅度变化。同时我们在根据负荷及热网供水温度的要求在调整热网加热器进汽时，要兼顾调整中压缸至低压缸蝶阀。并检查其中排压力和温度的变化，防止超压或者压力低于规程规定值。

机组在停运时，轴瓦外油档应该进行认真清理，使油档下部回油孔增大，并加装挡汽隔热板在油档外侧。对高、中压汽缸进汽侧垂直部位加装保温，减少积碳的产生。机组在停运后，检修人员要严格执行检修工艺，避免再次泄漏。在揭缸检修中，对高中压缸汽封、立销间隙进行检查和调整，避免径向碰磨。

现在,故障诊断在机械、电子、能源、化工、交通运输、航空航天、军事等各个领域得到了广泛应用。应用对象包括旋转机械、往复机械、流程工业、加工过程、仪器仪表等。由于旋转机械是各行各业用得最多的一类机械设备,所以,旋转机械的故障诊断问题始终是设备诊断技术研究的热门课题。汽轮机组是大型旋转机械,而且用途非常广泛,其故障诊断问题引起了有关单位和人员的高度重视。

5、结语

通过以上防范措施，机组各瓦振动值均稳定有力的证明我们所采取的措施是有效的，这为以后类似机组维护提供了宝贵的经验，也为未来更好的处理同类型机组问题提供了参考。

参考文献

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