关于汽轮机组异常振动的分析

李治中　张晓慧

摘 要：汽轮发电机是电厂的主要设备之一，其安全稳定的运行是电厂正常运行的基础。但汽轮机在运行过程中也会经常性的发生一些常见的故障，如果不能及时发现和处理，则会导致故障扩大，影响发电机的正常运行。特别是汽轮发电机异常振动故障，导致其故障发生的原因较多，这就需要检修部门需要做发电机的检修和维护工作，能够准确的对振动故障进行处理，从而确保汽轮发电机运行的安全性，确保发电机组能够发挥出最大的效益。本文从汽轮机组振动的分类入手，分析了汽轮机异常振动故障原因查询步骤，并进一步对汽轮机常见异常故障的分析和排除进行了具体的阐述。

关键词：汽轮机；振动；故障；排除

振动是发电机组运行时的正常状态，由于汽轮机一旦高速旋转时，必然会有振动产生，但如果振动超出了标准允许的范围，则属于异常振动，这就不是运行的正常状态了，而是一个故障的体现。所以通过汽轮机机组振动的情况可以直接反映出汽轮机机组运状况的好坏，同时根据汽轮机振动情况也可以对机组设计、制造、安装和检修质量进行综合的反映。当汽轮机发生振动故障时，往往会导致一些不良后果产生，使汽轮机正常的运行和生产受到较大的影响，甚至会导致汽轮机整体发生毁坏的情况。因为一旦异常振动，机组内的零部件则会受到较大的动应力，极易导致零部件疲劳和损坏的情况发生，而且在异常振动时机组内的螺栓和螺帽也容易松懈，引发蒸汽泄漏的情况发生。极易导致动静摩擦的产生，使轴承受到较大的磨损，严重时还会导致主轴弯曲。所以正常对于新安装和新检修的机组，则需要经过试运行合格后，才能投入正常的运行状态。

1 汽轮机组振动的分类

目前机组轴系的弯曲振动发生的较为频繁，主要以强迫振动和自激振动为主。通常情况下强迫振动是汽轮机运行时不可避免的振动，因为当机械旋转时外力作用下出现振动是正常的，所以通常情况下不属于异常振动，但当外力作用力较大时，特别是外力与旋转中的机械某一频率相当时，则振动会超出规定的标准限值，发生异常振动。而在汽轮机正常运行时，通常情况下是不会发生自激振动的，这种振动的发生与实际的外力作用是无关的，通常情况下以轴瓦自激振动、蒸汽激振和摩擦涡动为主，所以其属于异常振动，一旦自激振动发生，则需要及时进行处理，采取有效的措施将其控制和消除，以免导致故障扩大，带来较大的损失。

2 汽轮机异常振动故障原因查询步骤

在汽轮机运行过程中，发生振动是较为常见的事情，由于引发振动的原因较多，所以需要针对具体的引发振动的原因进行观察，在汽轮机振动时需要注意振动的频率、振动的相位和轴承相位的变化、振动的稳定性、重复性等，及时记下这些振动特征，以便在维修时进行分析，并找出故障原因。同时还有一些汽轮机组由于在设计上就存在着缺陷，所以维修人员就需要对其故障点进行准确的掌握，当出现异常振动情况发生时，则需要首先考虑缺陷设计部件是否是引发故障的原因。

3 汽轮机组常见异常震动的分析与排除

通过对汽轮机运行过程中导致异常振动的情况分析表明，振动多是由汽流激振、转子热变形和摩擦振动所产生的，所以需要对这三个方面的主要特征和故障排除进行具体的分析，以便确保汽轮机运行的稳定性。

3.1 汽流激振现象与故障排除

汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷，且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的汽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，气体在叶片膨胀末端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。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，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。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来避免汽流激振的产生。

3.2 转子热变形导致的机组异常振动特征、原因及排除

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启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。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。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。

3.3 摩擦振动的特征、原因

摩擦振动的特征：

一是以工频振动信号为其主频信号，但在转子热弯曲时有新的不平衡力产生，但由于会受到冲击和非线性因素的影响，所以还会有分频、倍频、高频分量出现，部分时候其波形还会有“削顶“的情况发生。

二是在摩擦振动发生时，由于其在发生振动时的幅值和相位的波动特性还是存在的，而且会有较长的持续时间，而一旦摩擦加大时，则幅值和相位则不会再发生波动，这时幅值增大的速度则会非常快速。

三是一旦减速时，则会在过临界时产生的振动要大于正常升速时的情况，而当停机后转子静止时，再对大轴的晃度进行测量，则会发现其要比原始值有较大的增加。

摩擦振动的原因：

导致摩擦振动产生的主要原因并不是由于摩擦而导致的拌动和涡动现象，而是由于动静摩擦时各点所受摩擦程度不同，这样轻重摩擦处的温度也会有所不同，这样就会导致转止截面上呈现不均匀的温度，这样在局部温度较高时，则会导致转子热弯曲的产生，从而会有一个新的不平衡力作用上转子上，从而引发振动。

4 结束语

运行中的汽轮机发生异常振动是不可避免的，属于常见故障之一，所以当发现汽轮机异常振动发生时，则不要急于进行拆机处理，需要对故障的特征进行观察，对故障点进行确定后，查看维修记录，从而对故障点的零部件更换及检修情况进行了解，通常情况下，维护和保养不久时，零部件发生故障的几率较小，则需要排除零部件故障，考虑其他因素的影响。对于汽轮机异常振动故障的防范，需要加强日常的监督和检测，使其做到常态化，及时发现机组运行异常的情况，及时进行停动，从而避免损害的扩大。

参考文献

[1]李华.火电厂汽轮机异常振动原因及处理措施[J].科技风，2010，7（15）.

[2]孙燕青.梁坤.汽轮机异常振动的分析与排除[J].内蒙古石油化工，2010，2（15）.

[3]唐成全，孟凡玉，王建华.汽轮机异常振动的分析与排除[J].黑龙江科技信息，2011，1（5）.

[4]袁东辉，郭洋.火电厂汽轮机异常振动故障排除注意的问题[J].科技致富向导，2011，12（20）.endprint