汽轮机出现异常振动原因分析与探讨

吴兆滨

（中共黑龙江省委党校〈黑龙江省行政学院〉 黑龙江 哈尔滨 150000）

0 引言

汽轮机出现异常振动就是它的全部或一部分沿直线或曲线往返颤动过程出现了问题,没有按照一定的时间规律和周期运动。 这种异常振动是故障出现的前兆。 应该给与充分的重视。 在我国经济的快速发展中，对我国电力供应提出了更高的要求。 为了保障城市经济的发展与居民用电的稳定，加强汽轮机组日常保养与维护，保障城市供电已经成为了火力发电厂维护部门的重要任务。对于汽轮机由于运行时间长、关键部位由于长期磨损可能会出现异常振动，会导致汽轮机组故障出现，这会影响发电机组的正常运行。可能导致轴承座松动、基础甚至厂房建筑物的共振损坏等，因此，分析找出汽轮机异常振动原因并制定解决方案非常重要。

1 汽轮机常见异常振动的分析及解决对策

1.1 汽轮发电机的油膜震荡

1.1.1 油膜震荡产生原因

发电机油膜自激震荡是由于汽轮发电机转子在轴承油膜上高速旋转时，丧失稳定性的结果。 稳定时，转轴是围绕轴线旋转的。 当失稳后。 一方面，转轴围绕其轴线旋转；另一方面，该轴线本身还围绕平衡点涡动。 轴线的涡动频率总保持大约等于转子转速的一半，故又称半速涡动。 当半速涡动的涡动速度同转子的临界转速相重合时，半速涡动被共振放大，就表现为激烈的振动。 油膜振动具有下列特征：第一，油膜震荡一经发生，振幅便很快的增加，使机组产生激烈振动。这种振动随着转速的升高，振幅并不减小。失稳而半速涡动可能较早。而油膜震荡则总是在2 倍于第一临界转速之后出现。第二，当油膜震荡时，振动的主频率约等于发电机的一阶临界转速， 且不随转速升高而改变。第三，由于发生油膜震荡，振幅将不只是于转速一致的工频振动，而且还有低频分量。第四，当发生油膜震荡的轴承，顶轴油压也发生剧烈摆动，轴承内有明显的金属撞击声。 第五，当油膜震荡严重时，仔细观察可以看到主轴的外露部分在颤动。

1.1.2 处理油膜震荡的措施

在机组出现油膜震荡时，可采用以下解决对策：第一，可以增加轴瓦比压；第二，可以减小轴瓦顶部间隙或增大上轴瓦轴承合金的宽度；第三，可以减小轴颈与轴瓦的接触角，一般可减小至300～400；第四，可以降低润滑油动力粘度。 例如提高油温或选用粘度较小的润滑油等；第五，可以用平衡的方法将转子原有不平衡分量降得很少。

1.2 汽轮发电机的汽流激振

1.2.1 汽流激振产生的原因

汽流激振类振动有以下特点：a、汽轮发电机组的负荷超过某一负荷点，轴振动立即急剧增加；如果降负荷低于负荷点，振动立即迅速减小。 b、强烈振动的频率约等于或低于高压转子一阶临界转速。 c、汽流激振一般为正向涡动。d、发生汽流激振的部位在高压转子或再热中压转子段。

其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振；对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片末端膨胀产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。

1.2.2 汽流激振故障解决对策

针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间(一年以上)记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线变化情况。 简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态，采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式避免汽流激振。

1.3 汽轮发电机转子热弯曲

1.3.1 转子热弯曲产生原因分析转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，大都发生在机组冷态起机定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。当弯曲的作用大于不平衡量时，振幅的减小发生在临界转速以上。

1.3.2 转子热弯曲故障解决措施

针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动，没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。

1.4 汽轮发电机的摩擦振动

1.4.1 摩擦振动产生原因

摩擦振动的特征：一是，由于转子热弯曲将产生新的不平衡力，因此振动信号的主频仍为工频。但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量，有时波形存在“削顶”现象。 二是，发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧， 导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。

1.4.2 摩擦振动故障解决对策

平时定时对汽轮机组进行维护，并对留意是否存在不和谐的机件摩擦声，确保及时发现问题并对相应机件进行维修或更换，避免因摩擦振动引起的机组运行故障。

2 对汽轮机异常振动故障采取的措施

汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，其发生的原因是多方面的，也是十分复杂的，与制造、安装、检修和运行水平有直接关系。 发生异常振动时，建议从以下几方面分析处理。

2.1 汽轮机的振动频律问题

当振动的频率是1X、2X、1/2X 等，要分析振动的相位是否有变化及相邻相位的关系。 例如汽轮机转子质量不平衡会有下列现象：升速时振动与转速的二次方成正比， 转速高振动大， 振动的频率主要是1X， 振动的相位一般不变化及相邻相位出现相同或相反， 且重复性好。

2.2 汽轮机的振动与负荷的关系

出现这种问题的可能原因是：滑销系统不良；基础不均匀的下沉：主蒸汽管路布置不当，在热膨胀时汽缸施加了作用力；其他不正常的热变形引起机组中心线发生变化等。

3 结语

汽轮机出现异常振动时， 是汽轮机运行过程中可能发生的故障。在处理此类故障时，首先要根据故障特征进行故障分析，确定故障点后查看机组维修记录，确认故障点零部件情况。 一般来讲短期内进过维护保养的部件出现故障的几率远远小于维护时间长的部件。许多情况时需要维修人员长期积累的经验来判断，因此，提高汽轮机组维护人员的技术培训，是提高汽轮机故常排除效率的最佳途径。

［1］牟法海，侯锐，王文营，等.超临界空冷660MW 汽轮机组不稳定振动原因分析与处理[J].汽轮机技术，2012-02-25.

［2］李新凯，刘全义，关小彪，等.空气压缩机汽轮机异常轴振动原因分析与处理[J].化肥工业，2011-10-283.