kaiyun全站app登录入口 汽机技术|汽轮机振动异常原因分析及解决方法

前言

汽轮机的振动是评价汽轮机组可靠性的重要指标，对于高速旋转的汽轮机来说，微小的振动在所难免，振动幅度不超过规定标准，属于正常振动，对汽轮机的运行没有影响，但当振动超过规定限度时，对整个汽轮机组的运行就有危害了，说明机组内部存在缺陷。本文就这种异常振动产生的原因及减小振动的方法进行分析。

1、汽轮机振动过大的危害

汽轮机组振动过大，会使机组内部各部件连接松动，削弱机座板与基础的刚性连接，或使机组动、静部件间产生摩擦，使转子产生变形、弯曲、断裂，甚至叶片损坏。汽轮机头振动时，可能直接引起紧急安全装置动作，造成停机事故。当汽轮机动、静叶片因振动过大而产生相对偏移时，会引起高、低压端密封的异常磨损。低压缸端密封的磨损，破坏了密封的密封作用，使空气在负压状态下被吸入低压缸，破坏凝汽器的真空，直接影响汽轮机组的经济运行。高压缸端密封的损坏，会使高压缸内大量蒸汽外泄，降低高压缸的工作能力，甚至引起转子局部热弯曲。如果泄漏的高压蒸汽进入轴封系统的油齿轮，水分就会混入润滑油中，造成油膜不稳定，还可能引起油膜振荡，使轴承熔化。当振动过大造成轴弯曲时，可能造成发电机滑环、电刷磨损更加严重，定子槽楔松动，绝缘损坏，使发电机或励磁机发生故障。当振动过大造成某些紧固螺钉松动或断裂时，甚至可能造成整个汽轮机组报废。因此，消除异常振动是保证安全生产的重要环节。

2、汽轮机异常振动的原因分析及处理

汽轮机组担负着将热能转换成电能的重任，由于其长期运行，关键零部件长期磨损，经常会出现各种故障。其中异常振动是汽轮机组最常见的常见故障，严重影响发电厂的正常发电。由于振动的原因非常复杂，汽轮机组任何一个设备或介质出现异常，都有可能引起机组振动，如进汽参数、疏水、油温、油质等。因此，要解决汽轮机异常振动，分析异常振动的原因就显得尤为重要，只有找出原因，对症下药进行修复，才能最根本地解决问题。

汽轮机组产生异常振动的原因主要有：转子质量不平衡、转子弯曲、中心未对准、油膜自振、蒸汽流激振等。

2.1 转子质量不平衡引起的振动

转子上装配零件在机械加工时，内孔与转子中心不同心，或零件质量相对于回转中心不对称；转子上的叶片及金属不对称折断或磨损；转子锻件在机械加工过程中残余变形过大，造成转子永久性挠曲；在维修时拆装叶轮、叶片，更换联轴器零件，更换发电机线圈，车削转子轴颈或直轴等，都可能造成转子质量不平衡。

转子质量不平衡是汽轮机异常振动的主要原因，70%以上的异常振动都是由转子质量不平衡引起的，其特点是幅值与不平衡质量成正比，振动频率等于转子振动频率，波形为正弦波，且幅值和相位始终保持恒定，与载荷无关。

此类振动只要找到良好的平衡点即可解决，发生概率大，解决起来也容易，因此应作为汽轮机组发生振动时首先分析的对象。

2.2 转子弯曲

转子弯曲引起的振动，因弯曲原因不同，其表现特征也不同。当转子产生永久弯曲而引起振动时，其特征与质量不平衡时的振动相同，超过临界转速时振动幅值明显增大。汽轮机启停过程中，加热或冷却不均匀引起的弹性热弯曲也会引起振动。可通过停机再启动或降低转速、延长暖机时间等方法消除振动，待转子温度均匀后，热弯曲即可消除。但当弯曲引起汽轮机动、静件间产生摩擦时，如果摩擦力较大，会进一步破坏转子的平衡，使摩擦增大，形成恶性循环，振动波形紊乱。应迅速停机，否则转子可能因局部过热而产生永久弯曲；转子采用有缺陷的材料锻造，具有热不稳定性，这种转子在受热时，会发生弹性热弯曲变形。热失稳引起的汽轮机振动与负荷成正比，其幅值变化在时间上滞后负荷变化1～3小时。滞后时间取决于转子结构、质量及蒸汽参数；转子装配时，由于叶轮与轴配合不良、键在键槽内歪斜等原因，转子可能产生弹性变形，引起汽轮机振动。这种振动往往因多次启停而减弱，导致幅值和相位发生变化。

如果转子因温度不均匀或装配问题而弯曲，可通过停机再启动、降低转速、延长预热时间、重新装配等方法恢复，转子可继续使用。如果转子已因各种原因永久弯曲，只有更换转子才能消除振动。因此，应特别注意转子制造时的材料监督、装配时的安装精度以及开停机时的转速控制，避免转子永久弯曲，影响正常生产。

2.3 错位

一种是转子轴线中心不在一条直线上。造成这种问题的原因除了对中质量差外，还可能是汽缸热膨胀的阻碍和蒸汽管道热膨胀补偿不足。对于核电站汽轮机的柔性轴，两轴线不同心会加速联轴器的磨损，增大表面摩擦系数，导致柔性联轴器不能起到补偿调节作用。另一种是汽轮机、发电机两转子之间的联轴器中心偏差过大或联轴器有缺陷。对于用柔性联轴器连接的转子，当联轴器有缺陷，不能自动调心时，就可能产生振动。当联轴器部件之间的正常啮合被破坏，导致传递的扭矩在联轴器周围分布不均匀时，也会产生振动。中心不对中的振动特点是波形为正弦波，振动的频率等于转子转速，与机组的运行工况无关。由于转子挠度和轴承油膜弹性的影响，只有靠近故障联轴器的轴承才会产生明显的振动，相邻两轴的振动相位相反。

解决因中心不对中引起振动的问题，主要靠维护、安装、调试过程中的细致工作kaiyun全站app登录入口，保证汽轮机组的正常运行。

2.4 油膜自激振荡

油膜自激振动是汽轮发电机转子在轴承油膜上高速旋转时，失去动态稳定性的结果，其特点是振动主频率约等于发电机一阶临界转速，且不随转速而变化。

当汽轮机组出现油膜振荡时，应通过缩短轴承长度，即减小长径比，或调整联轴器中心等措施提高轴承压比，保证热状态下各轴承载荷分布均匀。

2.5 蒸汽流激励

蒸汽流振动主要有两个特点：一是出现数值较大的低频成分；二是振动受运行参数影响较大，且增大具有突发性。其主要原因是叶片受到不平衡蒸汽流的冲击。对于大型机组，由于末级较长，蒸汽在叶片末端膨胀引起的湍流也可能引起蒸汽流振动。同时，轴封也可能发生气流振动。

针对汽轮机组气流激励的特点，其故障分析应长期记录机组的振动数据，做成一组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变负荷升降率，观察曲线的变化，有目的地改变汽轮机不同负荷时高压调速阀的重叠特性，以消除汽流激励。也就是说，确定产生汽流激励的机组的工作状态，通过降低负荷变化率，避开气流激励的负荷范围，避免汽流激励的发生。

2.6 轴承轴向振动

在汽轮机组振动测量过程中，还发现轴承轴向振动过大的现象。其振动特点是频率与转速相同，轴向振动的幅值与转子偏转程度成正比，各轴承振动相位取决于转子偏转弹性线的形状：在一阶临界转速附近，两轴承轴向振动相位相反；在二阶临界转速附近，两轴承轴向振动相位相同。由于情况特殊kaiyun登录入口(中国)官方网站，将轴向振动归为振动现象。主要有三方面的原因：一是曲线转子旋转时，轴颈发生偏转，轴颈在轴瓦内的油膜承载中心随转速沿轴向发生周期性变化，从而引起轴承座轴向振动；二是轴瓦力中心与轴承座几何中心不重合；三是轴承座不稳定。柔性转子旋转时，轴瓦、轴承座将发生相应的偏转Kaiyu体育下载，但轴承不能跟随轴颈的偏转而移动，只能形成轴向振动。

前两种振动原因的解决方法在前面的文章中已经提到，这里不再赘述。对于轴承座不稳定引起的振动，及时发现、及时加固，就能解决问题。

3.振动在线监测

目前，大型机组都装有轴系监测装置，对振动进行在线监测，为振动监测分析创造了良好的条件。对振动的在线监测，应做好记录，以便在发生异常振动时进行比较分析，找出振动的原因。运行中如发现机组振动异常，应立即派员到现场检测，如振动确实超过规定限值，应及时停机，防止机组损坏。对未超过限值的振动异常增大，应及时查找原因，采取措施，防止振动继续增大。如果在线监测仪器未见异常变化，但现场人员听到汽轮机组发出异常声音，也应停机检查，防止叶片脱落或异物进入汽轮机，造成汽轮机组损坏。

四、结论

振动的原因很复杂，每台汽轮机组的情况都不一样，所以需要对每台机组进行一系列的试验，找出振动的规律，做好记录，在运行、维护时根据数据进行综合分析，找到振动的原因，消除振动。在生产运行过程中，也必须做好振动监测，避免出现异常振动，保证整个电厂的正常运行。