汽轮机震动现象及原因分析

杨优才

摘 要：汽轮机组振动异常在工业生产中是一个非常常见的问题，这类问题产生的原因当然有很多方面，与制造、安装、运行水平、检修等有着很直接的关系。本文从汽轮机的震动分析、影响因素及诊断进行了探讨。

关键词：汽轮机；震动；诊断

汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转为机械功的旋转机械，是现代发电厂中应用最广的原动机，由于转动部分不可能绝对平衡，故在工作时会引起机组的振动。当零件的自振频率和激振力频率合拍时会引起共振，使零件所受的动应力变大，引起零件的疲劳损坏。

1 汽轮机振动故障分析

机组转子受周期性的不平衡力产生受迫振动，产生不平衡力的原因很多。按力的性质可分为：不平衡离心力、发电机不平衡的电磁力、轴承油膜不平衡的作用力和蒸汽对转子作用的不平衡周向力。引起汽轮机组异常振动主要有以下几个方面：汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。

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，且增大应该呈突发性，如负荷。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，由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。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。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；二是发生摩擦，摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大；三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。机组的振动不可避免，只要振幅不超过允许值，不影响安全运行。但轴承支撑刚度不足，可能使振幅放大，原来合格的振动变为不合格。

2 汽机振动的影响因素

汽轮机振动的大小直接关系到机组能否安全运行，引起机组振动过大或者不正常的原因有很多，既有设计制造方面的原因，也有运行方面的原因，还有安装和检修等方面的原因。

⑴设计制造方面。汽轮机转子是一个高速旋转的机械，如果转子的质心与旋转中心不重合则会因为转子的不平衡而产生一个离心力，这个离心力会对轴承产生一个激振力而使之引起机组振动，如果这个离心力过大，则机组的振动就会异常。所以，汽轮发电机转子在装配时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整个转子进行低速和高速动平衡，以确保转子的不平衡量在一个合格的范围内。

⑵安装和检修方面。轴承的标高。不管是汽轮机还是发电机转子，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的范围内，那么转子两端轴承的负荷分配就不合理；轴承自身特性。轴承自身特性对机组振动的也会产生影响，主要包括轴瓦的紧力、顶隙和连接刚度等几个方面；机组中心。严格来讲，机组中心应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；滑销系统。滑销系统用于引导机组膨胀的，当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或者引起动静碰磨；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。

⑶运行方面。机组膨胀。当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，减少机组的寿命；另一方面就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；润滑油温。润滑油在轴瓦内形成的油膜如何又是影响转子稳定性的一个重要影响因素，油膜的形成除了与轴承乌金有关外，还有一个重要因素就是润滑油油温，润滑油油温应该在一个合理的范围内，过高过低都对油膜的形成不利。

3 常见振动故障诊断

⑴转子质量不平衡。转子质量不平衡的一般特征：最关键的特征是稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个：原始不平衡；转动过程中的部件飞脱、松动；转子的热弯曲。其中原始不平衡是主要原因。

⑵转子的弯曲。转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变化。转子热弯曲产生的原因：新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振动大的现象也会随之自行消失。

⑶动静碰摩。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。碰摩原因：转轴振动过大。

⑷油膜失稳和汽流激振。这是一种自激振动。自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相等。