汽轮发电机组振动的影响因素分析

寇顺福

(山东新龙集团有限公司，山东 潍坊 262709)

汽轮发电机组振动的影响因素分析

寇顺福

(山东新龙集团有限公司，山东 潍坊 262709)

汽轮发电机组振动是机组运行的重要参数之一，机组振动的大小是研究分析机组运行状况的重要技术依据，重点从设计制造、安装检修和运行3个方面分析了影响汽轮发电机组轴承振动的因素，并提出了相应的对策措施，以防止设备损坏事故的发生。

汽轮发电机组；振动；设计制造

0 引言

汽轮发电机组振动的大小直接关系到机组能否安全运行，引起汽轮发电机组振动过大或者异常的原因有很多，既有设计制造方面的原因，也有安装和检修方面的原因，还有运行等方面的原因。

1 设计制造方面

汽轮发电机转子是一个高速旋转的部件，如果转子的质心与旋转中心不重合则会产生一个离心力，这个离心力会对轴承产生一个激振力，进而引起机组振动。如果这个离心力过大，则机组的振动就会异常。所以，汽轮发电机转子每装配一级叶片都应该对该级叶片进行动平衡试验，整个转子装配完成后在出厂之前还应该对其进行低速和高速动平衡试验，以确保将转子的不平衡量控制在一个合格的范围内。

在制造过程中，产生汽轮发电机转子不平衡量较大的原因主要是机械加工精度不高和装配工艺质量较差，因此，只有提高机械加工精度、保证工艺装配质量，才能保证转子的原始不平衡量较小。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，如果机组的支持轴承选取不当，其稳定性较差，那么汽轮发电机转子极小的不平衡量也会引起机组较大的振动。轴承的油膜形成不好也极易诱发油膜振荡而产生振动。

2 安装和检修方面

汽轮发电机组在安装和检修过程中的工艺质量对机组振动的影响非常大，根据对现场机组振动的分析，很多汽轮发电机组的振动过大都是由于安装和检修不当引起的。针对现场的安装和检修情况，下面重点介绍对机组振动有明显影响的几个因素。

2.1 轴承标高

不管是汽轮机还是发电机的转子，其两端都是由轴承支撑的，如果两端的轴承标高不在设计要求范围内，那么转子两端轴承的负荷分配就不合理。负荷较轻的一边，轴瓦内的油膜将会形成不好或者根本不能形成，这样就会诱发机组的自激振动、油膜振动和汽流激振等；而负荷较重的一边，则会出现轴瓦温度升高，当轴瓦乌金温度达到一定值时，很容易产生乌金过热现象，从而造成机组的振动。

因此，在汽轮发电机组大修或者安装时，应该根据制造厂家的技术要求，再结合现场的实际情况对机组轴承标高进行认真调整。因为制造厂家提供的数据是根据机组冷态时的情况再综合一般机组受热后膨胀的情况得出的，而各台机组的实际情况不尽相同，因此受热后的膨胀也不完全一样，所以机组轴承标高调整必须结合各机组的实际情况。

2.2 轴承自身特性

轴承自身特性，主要包括轴瓦的紧力、顶隙和连接刚度等，对机组的振动也会产生影响。轴瓦紧力和顶隙主要影响轴承的稳定性，如果轴承的稳定性太差，在外界因素的影响下容易使机组振动超标。轴承的连接情况主要对轴承刚度产生影响，若轴承刚度不够，则在同样大小的激振力下引起的振动较大，所以必须将轴承各连接螺栓紧固。在现场，经常发现由于连接螺栓未紧固而引起振动的现象。

2.3 机组中心

机组中心包括转子与汽缸或静子的同心度、支撑转子各轴承的标高、轴系连接的同心度和平直度。

如果转子与汽缸或静子的同心度偏差过大，则可能会引起气流激振、电磁激振或动静碰磨。若发生碰磨，则会使转子发生热弯曲而引起不稳定的普通强迫振动。当联轴器法兰外圆与轴颈不同心、联轴器法兰止口或螺栓孔节圆不同心、端面瓢偏、连接螺栓紧力明显不对称时，即使圆周和端面中心数据调整得很正确，也会使轴系不同心和不平直。当转子处于旋转状态时，轴系同心度和平直度会直接影响振动的激振力，进而引起机组的振动。

2.4 滑销系统

不论是汽轮机还是发电机，当机组带负荷受热后都要产生膨胀，因此使用滑销系统引导机组膨胀。当滑销系统因某种原因而卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，从而引起机组产生较大的振动，严重时将导致不能开机或引起动静碰磨，造成更大的破坏。由于现场经常出现因膨胀受到限制而无法开机的情况，在检修和安装期间应该对此情况高度重视。

2.5 动静间隙

汽轮机转子与汽缸和汽、轴封之间以及发电机转子与静子之间都存在间隙。当汽轮机转子与汽缸之间的间隙过大时，汽轮机内效率会降低；当汽轮机与轴封之间的间隙过大时，可能会引起蒸汽外漏或者空气内漏，从而影响机组的效率和真空；当发电机转子与静子之间的间隙过大时，同样会影响发电机的效率。但是，如果它们之间的间隙过小，则会引起动静碰磨，从而使机组的振动超标。因此合理调整隔板汽封、端部汽封以及发电机转子与静子之间的间隙非常重要。

2.6 转子结垢

机组在大修期间，一般都要对汽轮机叶片上的结垢进行清理，在进行除垢时应该保证除垢方法的正确性，同时要对整个转子进行除垢，否则可能会在转子上产生新的质量不平衡。

2.7 转子中心孔

现代汽轮机转子大轴大都留有中心孔，在中心孔两端用堵头封堵，在检修期间如果不慎让异物(包括油、水等)进入中心孔，则在转子回装复原后开机，机组就可能会出现振动异常的现象。

2.8 活动部件

检修期间如果有活动部件进入汽轮机，大修后开机，活动部件可能在汽流的冲击下撞伤甚至损坏汽轮机叶片，从而造成严重的事故，并引发机组振动。如果发电机内存在活动部件，一方面可能会引起发电机内部短路，另一方面可能会引起机组振动的不稳定，给机组振动的诊断带来困难。

3 运行方面

机组的振动除了与上述的各方面因素有关外，还与机组的运行状况有很大的关系。

3.1 机组膨胀

机组的膨胀受其滑销系统制约。即使滑销系统本身不存在问题，如果运行人员操作不当，机组也会出现膨胀不畅的问题。例如，在开机过程中，若机组的暖机时间不够或者升速加负荷过快，则机组各部分的膨胀就不一样，这样一方面会产生热应力，减少机组的使用寿命；另一方面会引起过大的膨胀差，从而影响机组的开机过程。当机组的膨胀不充分时，极易引起机组的动静碰磨而产生振动。

3.2 润滑油温

轴颈在轴瓦内的稳定性决定了机组振动的大小，当轴颈稳定性太差时，外界因素的变化很容易引起机组振动。而润滑油在轴瓦内形成的油膜又是影响转子稳定性的另一个重要因素，油膜的形成除了与轴承乌金有关外，还与润滑油油温有关。润滑油油温应控制在一个合理的范围内，过高或过低都会对油膜的形成产生不利影响。

3.3 轴封进汽温度

每个轴封的进汽温度都不一样，在运行规程所允许的范围内调整轴封进汽温度会对机组的振动产生一定的影响。轴封进汽温度对机组振动的影响主要表现为进汽温度对轴承标高的影响和对端部汽封处动静间隙的影响。

3.4 机组真空和排汽缸温度

机组真空和排汽缸温度相辅相成，其中一个因素的变化必然引起另一个因素的改变。对于轴承座坐落在排汽缸上的机组来说，排汽缸温度的变化主要表现在对轴承标高的影响上，所以会对机组的振动产生影响。

3.5 发电机转子电流

当电流通过发电机转子时会产生热量，这部分热量会使发电机转子产生膨胀。当发电机转子本身存在一定量的质量不平衡时，膨胀会使该不平衡量产生的力矩发生改变，从而引起机组的振动变化。当发电机转子自身膨胀不均时，即使冷态情况下质量平衡较好，也会由于膨胀的不均而产生动态的质量不平衡。

此外，如果发电机转子内部本身存在短路情况，当电流通过发电机转子时会产生局部放热过大的现象，该处的转子由于受到较多的热量聚积而膨胀较大，与其他地方的膨胀产生差别，从而形成动态的质量不平衡。

3.6 断叶片

当汽轮机发生断叶片时，转子的质量分布明显发生改变，因此机组的振动会发生明显的变化。这种情况在现场有时可能不会被察觉，因为振动的变化既包括振动大小的变化也包括振动相位的变化，而现场大多数仪表只能监视振动大小的变化。为了尽量避免断叶片现象的发生，除了在设计制造和安装检修期间采用适当的措施外，在运行中增减机组负荷时还应尽量平稳。

4 结束语

总之，机组的振动情况是研究分析机组运行状况的重要技术依据。多年来，不少机组因振动大而拖延了投产期和检修期。对生产运行来说，接收了振动符合标准的机组以后，还必须加强振动监督，对振动监测做到制度化、经常化，在机组振动突然增大达到规程规定值时，要及时果断地将机组停运，以防止损坏扩大，并采取措施防止设备损坏事故的发生。

1 李业堂．1 000 MW直接空冷汽轮机振动保护动作分析与处理[J]．电力安全技术，2013(10)．

2014-03-24。

寇顺福(1983-)，男，助理工程师，主要从事汽机运行方面的工作，email：koushunfuyouxiang@163.com。