热电厂汽轮机异常振动原因及处理措施

[摘要] 汽轮机的运行稳定状态对电厂安全而言具有十分重要的影响，汽轮机运行中振动值的大小是评价机组运行可靠性与稳定性的重要指标。本文介绍了热电厂汽轮机异常振动的危害，阐述了热电厂汽轮机异常振动故障的判断流程，分析了热电厂汽轮机异常振动的原因，提出了热电厂汽轮机异常振动故障的处理措施，为汽轮机的安全稳定运行工作提供了借鉴和参考。

[关键词]汽轮机异常振动;危害;判断流程;原因;处理措施

汽轮机是热电厂三大主要设备，汽轮机的启动是指汽轮机转子从静止状态升速至额定转速，并将负荷加到额定负荷的过程。汽轮机启动中零部件的热应力和热疲劳、转子和汽缸的胀差、机组振动变化很大，将严重威胁汽轮机的安全运行。因此，完善汽轮机异常振动处理措施，提高热电厂机组运行效率具有重要的意义。

1、热电厂汽轮机异常振动的危害

汽轮机组的振动是机组运行必须要监测的一个非常重要的参数，因为当机组振动超过规定的范围时，将会引起设备的损坏，甚至造成严重后果。如果汽轮机振动的幅度在规定的范围内，是不会对汽轮机的运行和热电厂的正常工作产生影响的，但是当汽轮机出现异常振动时将会对发电机组的安全性以及热电厂运行的经济效益产生巨大的负面影响。因而汽轮机振动也是热电厂机械设备检修的重要内容。热电厂汽轮机异常振动的危害主要表现在以下几个方面。①当汽轮机出现异常振动时，过大的振动幅度有可能导致机组之间连接部位的零件松动，会使叶片、围带、叶轮等各部件的应力增加，从而产生很大的交变应力，导致疲劳而损坏，增加了机组运转的安全隐患。②汽轮机振动过大还会增大机组支撑零件以及发电机部分的摩擦，给汽轮机的本体造成损害，导致汽轮机使用寿命的缩减。③汽轮机异常振动会导致热电厂发电效率和发电质量的降低，进而影响热电厂经济效益的提升。因此，机组运行中要严格检测其振动值，从而避免不必要的损失。

2、热电厂汽轮机异常振动故障的判断流程

导致汽轮机出现异常振动的原因有很多，当热电厂汽轮机异常振动故障发生时，有以下步骤进行。①首先对振动的种类进行确认。主要是对振动频谱及外在特征进行观察，进而将各类振动进行有序的分类。将所存在的故障的原因充分确认之后，再实施判断措施。②先对轴承座刚度进行检查，看是不是正常，然后对激振力故障原因进行分析。③对转子进行检查，检查是不是存在不平衡力、不平衡电磁力以及平直度偏差等故障，进而对基于稳定的普通强迫振动是否存在进行確认，最终使故障类型能够得到有效诊断。另外，在热电厂汽轮机的振动故障原因判断中主要从振动频率、振动稳定性、振动相位变化以及相邻轴承的相位变化来进一步作为判断依据。具体来说，汽轮机的振动频率主要有三种，分别为1X、2X以及1/2X，每一种振动频率对应不同的故障原因。而汽轮机异常振动的稳定性主要从振动现象的转速、负荷、励磁电流强度、汽轮机表面温度、异常振动的持续时间等参数来进行具体判断。而振动相位的判断主要是针对异常振动过程中振动相位是否发生变化以及变化的范围。相邻轴承相位的判断则是根据相邻轴承相位是出现相同或反相现象来进行判断。此外，还有由于汽轮机设计不合理导致的异常振动。针对这一原因导致的异常振动需要工作人员能够深入了解机组故障点，当出现故障时，需要第一时间判断是否是由于故障点产生的问题，如果故障问题与故障点有关，那么就需要及时对故障点进行处理。

3、热电厂汽轮机异常振动的原因

3.1机组摩擦造成的异常振动。①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。②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。摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。③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，比较原始值时明显增加。摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。

3.2油膜振荡引发的异常振动。汽轮机油膜对轴颈的作用力大于轴颈重力和科氏力的合力，使轴颈向上浮动，产生弓形涡动，伴随着强烈的作用力集中到轴承的油膜上，慢慢的就会导致油膜的稳定性降低并且开始出现振动的现象。当汽轮机开始正常运行时，旋转的轴颈在滑动的轴承中带动润滑油高速流动，由于作用力与反作用力的影响，高速转动油流就会反过来作用轴颈，最终就会产生一种振荡的现象。

3.3转子热变形导致的异常振动。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，并定速带负荷阶段。当机组的转子温度逐渐上升时，材质内应力的释放会引发转子的热变形，导致汽轮机振幅的大幅提高，同时相位也会随之发生变化，从而汽轮机出现异常振动。汽轮机组转子热变形的原因有很多，包括中心孔进油、气缸进水、发电机转子冷却不均匀等。当转子出现热变形后与转子周围部件的距离可能减小，这样就会造成它们之间的气压增大，并大气相互作用力支撑下，引发汽轮机轴承振动。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。

3.4气流激振导致的异常振动。在热电厂运行过程中，气流激振也是导致汽轮机出现异常振动的重要原因。气流激振所引发的汽轮机振动具有以下表现。①气流激振低频分量的值会出现异常的增大。②在机组运行参数异常的变化及故障状态下，汽轮机相关部分的振幅以及负荷也会出现增大，进而导致汽轮机轴承发生损伤及异常振动。其原因主要是由于叶片受到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，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象，从而轴封也可能发生汽流激振现象。

3.5轴承中心不正引起的异常振动。①热电厂汽轮机启动过程中，如暖机时间不够，升速或加负荷太快进行时，将引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，均会使汽缸对转子发生相对歪斜，机组产生不正常的位移，造成振动。②机组在运行中若真空下降，将使排汽温度升高，后轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。③机组大修后靠背轮安装不正确，中心没有找准确，因而运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加。

4、热电厂汽轮机异常振动故障的处理措施

4.1机组摩擦异常振动故障的处理。摩擦振动在热电厂汽轮机工作过程中是不可避免的，技术人员只能通过摩擦降低措施减轻摩擦振动的影响。在例行检查汽轮机时，针对内部的各个组件进行检查，观察部件之间是否存在摩擦，如果存在摩擦现象，确定是动摩擦还是静摩擦，这些都要分析清楚。此外，还要注意其在工作时，是否有摩擦声传出，声音在超过一定范围时，需要对其进行检修，并振动的频率也要符合规定。同时，要对汽轮机摩擦力较大的连接处定期更换润滑油，对于使用时间过长的部件要进行及时的修理或者是更换，可以通过合理的维护和保养，降低汽轮机部件的摩擦，降低摩擦振动的不良影响。

4.2油膜振动故障的处理。在油膜振荡引发的汽轮机组轴承振动过程中，热电厂相关技术人员应根据油膜振荡的原理，通过提高汽轮机转子和轴承可靠性的方法来对异常振动进行处理。①增加轴瓦比压，有效控制油膜发生的振动。②缩小轴瓦顶部的间隙，将上轴瓦的轴承合金宽度增加，这样能有效减少振动频率。③将轴瓦和轴颈之间的接触角度减少，当减少到一定范围后，其振动就会减少。④在机组中添加合适的润滑油是非常有必要的，润滑油要选择动力粘度小的，这样使用起来对机组的正面效益最大，可以极大的促进机组的工作效率，还不会有负面影响。⑤利用平衡力原理，把设备中存在的不平衡力降到最低，当其相互平衡后，就不会发生加大位移，进而出现振动的概率降低。

4.3转子热变形振动故障的处理。由于汽轮机转子工作区域在蒸汽区，因此热弯曲故障的发生较为常见。针对转子热变形引起的汽轮机振动现象，可以采取以下措施。①最初的汽轮机制作过程中下功夫，在制作汽轮机时，对于汽轮机中长时间暴露在高温环境下的部件，用耐高温、高压的材料来进行制作。②通过转子的经常更换，避免转子热变形引發的汽轮机轴承异常振动。③还需要对转子中心孔内的油进行定期的清理，避免中心孔进油导致汽轮机转子排气孔有可能无法与外界相连现象，进而为汽轮机的稳定运行提供保障。

4.4气流激振故障的处理。技术人员在进行气流激振引发的汽轮机振动故障处理中，可以适当调整不同负荷条件下熟练掌握汽轮机高压进气门的特性，从而尽可能地消除气流激振。在日常汽轮机运行过程中，要对汽轮机负荷汽压的变化进行控制，降低对负荷气压的变化，避免气流激振的出现，有效减少汽轮机振动故障出现的几率。同时，要对机组的振动数据进行长时间记录，并将这些数据进行合理整理后做成曲线图，从而以便观察其振动的变化趋势以及范围，然后通过改变升降负荷速率及改变汽轮机不同负荷时高压调速气门来消除气流激振。

4.5轴承中心不正振动故障的处理。在进行设备装配时，一定要保证各个部件的正确衔接，使用钢丝找中心法可以对轴线进行校准，保证安装的正确性。进行基础安装时，一定要将预埋件设置在纵向中心线的前后，再对可调整螺丝进行安装，便于放置钢丝架子。再顺着纵向中心线的方向，找到适合悬挂钢丝的地方。然后再对各个中心点进行严密的找正，在测量钢丝离洼窝中心两侧的距离时，要使用钢皮尺，这样比较精确。对准轴承座，仔细调节，使两侧的长度能够相同，人为可控的误差不能超过0.05mm。在进行复测时，要用到水平仪，它可以进行横向的找平。要把水平仪放到轴瓦洼窝结合面上，用斜垫铁对其在竖向高度上进行适当的调整，要满足现场的高低情况，还有轴承座的横向水平也要满足要求。在第三次进行准确找中心时，要将整个汽轮机组排查一遍，需要找正的地方重新更改操作。只有轴承安装好了，其工作才能有条不紊的进行，不然就会出现受力不均匀的情况，发生异常振动，这样不仅影响仪器设备的使用，还对热电厂的发电有影响。

5、结束语

热电厂的汽轮机是可以把蒸汽热能转化成机械能的旋转式的动力机械设备。但是汽轮机运行稳定性会受到诸多因素的影响，尤其是振动故障问题的发生将会严重影响机组的正常运行。在实际工作中，热电厂技术人员应高度重视机组安全稳定性，深刻分析汽轮机异常振动成因，制定科学合理的故障排除措施，创新管理模式，改善工作方法，实时监控机组的异常振动，从而确保机组的安全高效运行。

参考文献

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[2] 鲍建国.汽轮机振动的故障特征分析及处理[J].理论研究，2017（02）

[3] 柳向平.热电厂汽轮机振动异常原因及故障排除[J].科技致富向导，2018（08）

作者简介

德力格尔昌，男，蒙古族，大专学历，1973年出生，汽机运行高级工，现从事热电厂汽轮机运行技术管理工作。