浅谈汽轮机运行振动的危害原因分析及处理

李杰

摘要：振动属于汽轮机运行期间最常出现的问题，可以引发多种故障问题，为了避免出现振动情况，工作人员应正确分析振动的原因，在此基础上做好防止措施，提升汽轮机的运行效率。本文则针对此分析了汽轮机运行期间振动的原因，并提出相应的处理措施，以期为此后汽轮机的运行提供更多借鉴依据。

关键词：汽轮机；运行振动；危害原因；处理措施

1 汽轮机振动危原因

汽轮机在正常运行过程中出现振动问题是不可避免的，但若汽轮机组出现剧烈的异常振动问题，那么就说明汽轮机组存在缺陷问题。制造水平、安装施工、运行检修、监督管理，等等，这些都有可能引发异常振动问题，而且这些问题之间又是相互作用、相互影响的。要想及时、有效地进行故障排除，就必须优先掌握引发汽轮机异常故障的常见原因。

1.1 运行中心不正

发生中心不正的原因主要有以下几点：第一，汽轮机在启动过程中因为暖机的时间不足，直接升速后负荷增加太快，导致气缸受热后膨胀不均匀，调节系统存在卡涩问题，以至于汽缸无法自由膨胀，会与转子发生相对性歪斜，汽轮机组产生了不正常的移位问题，从而引发汽轮机异常振动。第二，汽轮机组经历过大修理后，在安装靠背轮时存在问题，以至于中心位置没有找准，在运行过程中产生了振动问题，说明此时产生的汽轮机异常振动情况是伴随着负荷的不断增加而增加。第三，若汽轮机组在进汽温度远远超过设计标准的实际条件下运行，就会增加胀差与气缸的变形风险，以至于汽轮机轴向位移超出被允许的限度，从而引发汽轮机异常振动问题。第四，当转子因为某些原因和汽缸不同心时，极易发生间隙振荡问题，从而导致汽轮机异常振动问题。

1.2 转子质量不平衡

机组运行中叶片的脱落与磨损、腐蚀等现象使得转子的质量不均匀，这种不均匀会使得转子受到离心力的冲击发生振动；转子发生弯曲也会引起振动，主要是由于转子弯曲后引起了汽轮机内部组件的摩擦，该种振动与转子质量不均匀受到离心力冲击之后所引起的振动相类似，但是也有不同，这种振动最典型的表现是轴向振动，当转子的转动速度超出了临界的转速时，转子的轴向振动效果更为明显；汽轮机转子油膜不稳定或者是受到其他外力作用遭到破坏等，也会引起振动，主要是油膜在遭到破坏以后，使得轴瓦乌金烧毁形成轴颈的弯曲；汽轮机内部各组件之间发生摩擦会引起振动，主要是动叶片与静叶片之间的摩擦、通流部分间隙与安装的處理不当等的摩擦引起的振动；水冲击也会引起振动，这种冲击会造成转子轴向推力与扭力之间的不平衡，产生剧烈振动。

1.3 油膜振荡

汽轮机转子的转速高于两倍第一临界转速时所发生的轴瓦自激振动即为油膜振荡。油膜震荡的振动频率与转子第一临界转速接近而发生共振，使转子发生强烈的振荡，发生油膜振荡时，机械声音异常。另外，油膜不稳定或受到破坏时，将会使轴瓦乌金烧毁及造成轴颈弯曲，引起汽轮机的剧烈振动。

1.4 摩擦造成

汽轮机由于长时间运行，对各个零部件均会造成不同程度的摩擦损伤，当零部件的摩擦损害过于严重时，则会造成汽轮机的异常振动问题。汽轮机摩擦出现异常振动的特征如下：第一，转子热变形会对汽轮机造成不平衡力，使汽轮机的振动信号受到影响，会出现少量分频、倍频以及高频分量等现象；第二，当汽轮机发生摩擦时，汽轮机的振动会出现波动，波动的持续时间较长。而汽轮机摩擦过于严重时，汽轮机的振动幅度会大幅增加；第三，汽轮机在延缓运行过程中，下降速度超过临界点时，汽轮机的振动幅度会增大。当汽轮机停止转动

后，汽轮机的测量轴会出现明显晃动。简而言之，汽轮机由于摩擦出现异常振动是由于摩擦致使汽轮机温度升高，局部温度过热造成转子热变形，产生不平衡力造成的异常振动。

2 汽轮机振动对应的危害

汽轮机振动对汽轮机的正常运行产生很大危害，具体包括以下几个方面：

2.1 滑动轴承损坏，使汽轮机无法运行

汽轮机高速运行中，滑动轴承轴的轴瓦摩擦力较大，同时产生较高的温度。这时，汽轮机的强烈振动会使滑动轴的轴瓦爆裂，让滑动轴承抱死，致使汽轮机无法运转。

2.2 滑销系统磨损

滑销系统一方面固定汽轮机气缸及轴承外壳：一方面在运行中受热或冷却时，保证机组可以自由膨胀或收缩。滑销严重磨损时，会影响机组的正常热膨胀，从而引起更严重的事故。

2.3 叶片受力不均，使其变形或折断

汽轮机在正常运转中，蒸汽能量通过汽轮机叶片传递给机轴，进而转化成机械动能。当汽轮机发生振动时，叶片受力不均使动应力过高而发生变形或折断，对汽轮机运行产生影响。

2.4 零件松动或脱落，损坏机体或对人员伤害

汽轮机运转中发生强烈振动，可能会使机组部件松动，严重时，甚至会使部件脱落。脱落部件可能随汽轮机高速运转飞出击坏机体，也可能造成人员伤亡。

2.5 通流部分发生摩擦，严重时可能使主轴弯曲

汽轮机振动会使通流部分发生剧烈摩擦，对汽轮机主轴的冲击力加大，严重时可能引起主轴弯曲现象，致使汽轮机组无法正常运转。

2.6 直接或间接造成设备事故

当汽轮机发生过大振动时，危急保安器或机组的其它保护仪表的正常工作将直接受到影响，严重时引起这些部件的误动作，直接造成事故停机。若发电机定子铁芯和端部线圈振动过大，会使铁芯叠片间绝缘破坏和线圈绕组间绝缘损坏，造成铁芯过热损坏，使绕组之间或绕组对地短路。

3 汽轮机异常振动的故障检修

3.1 汽轮机异常振动第一次检修

在进行汽轮机异常振动检修工作时，应当根据汽轮机的运行情况进行反复检修，确保汽轮机能够进行正常工作。汽轮机异常振动的第一次检修，应当分析汽轮机的运行情况，通过对汽轮机的各个部件进行检查维修，应当确保汽轮机的各个参数能够运行正常。对汽轮机进行故障检修时，要根据汽轮机的故障问题，确定故障的原因，采取适宜的方法解决汽轮机异常振动问题。汽轮机异常振动的第一次检修，是汽轮机故障检修的基础，通过对汽轮机进行整体检查，可以修复汽轮机的运行问题，最大程度减轻汽轮机的异常振动情况，从而提高汽轮机的运行效率。

3.2 汽轮机异常振动第二次检修

汽轮机在运行过程中出现故障问题时，可以通过多次检修提高汽轮机的运行质量。在进行汽轮机异常振动第二次检修工作时，可以对汽轮机的重点问题进行维修，通过对汽轮机内部进行检修排查，可以调整汽轮机的内部运行情况，避免汽轮机由于内部运行问题出现异常振动现象。同时，汽轮机要调整各个零部件的间隙，减少汽轮机零部件的摩擦情况，避免汽轮机由于摩擦问题造成异常振动。通过对汽轮机的异常振动进行第二次检修，可以深入分析汽轮机的运行状况，及时修复汽轮机存在的故障问题，避免汽轮机由于故障问题反复出现异常振动。

4 汽轮机振动的具体处理措施

4.1 安装和运行中使转子处于平衡状态

汽轮机运转时，较一般机械振动力大。这就要求安装人员在汽轮机安装时，基础要牢固，防止机体产生较大振动。另外，在安装其它机械部件时，必须保证转子圆周对称位置重量差及整圈最大重量值与最小重量值差值在合格范围之内。

4.2. 防止油膜失稳

设计人员在设计汽轮机时应适当提升轴系稳定性与系统阻尼，并做好相关工艺技术的检查与控制工作，以免影响轴系的稳定性，提高汽轮机的工作效率。日常汽轮机轴承维护工作可以有效防止油膜失稳问题，对此，设计人员应在遵循运行原则的基础上增大对比压与负载，降低轴承宽度。同时，还应在提高油温的基础上增大承载系数，降低润滑油粘度。但此种防止措施会降低油膜厚度，使汽轮机处于高温工作状态，从而导致油质老化问题，期间设计人员应充分注意。

4.3 减少动静部件间的摩擦

减少动静部件之间摩擦，首先，在设备安装时，要注意零部件间隙符合图纸及规范要求，防止部件错位等。润滑油在机组正常运行中起润滑、冷却等作用，在设备运行中，时常注意润滑油的使用情况，定期更换和添加，并对油温及油系统滤网前后压差进行监测。

4.4 严格准守操作程序

汽轮机在运行中，操作人员必须严格准守操作程序，同时按规定，对水及蒸汽质量进行监控，防止水质不好，使叶片结垢或腐蚀，同时要防止蒸汽中带水，引发水击现象。

5 汽轮机运行中振动防止技术应用案例分析

5.1 案例机组振动问题

一方面是案例机组轴系情况，机组轴系高压布置情况如下图1所示。在冲转过程中，工作人员同时开度4个高调阀对应的喷嘴，使其同时进汽，且中压缸的气缸下半左、右两侧同时接入2个中压联合气阀，当将调节阀流量调节至30%以下时，再热器可以维持基本的压力。当调节阀流量超过30%时，应全开总流量指令，通过高压调节阀调节负荷。机组在运行过程中突然发生轴振故障问题，进而导致跳机，经检测发现，轴系各处的轴振明显增加，高中压缸处发生最大的振幅变化，最大可超过290μm。其中1#瓦x轴系振动幅度约为170μm，Y轴系振动幅度约为190uum。同时，工作人员实践观察发现，随着轴振的不断增加，各轴瓦各处的瓦振也不断增大，其与轴振保持同样的振动频率。

5.2 汽轮机振动问题原因及处理

① 分析故障数据

汽轮机轴振受多种因素的影响，且之间相互关联联系，对此，工作人员应深入分析轴振故障的各种原因，针对性的制定解决措施。首先，汽轮机冷态启动冲转期间，高压缸轴承并未发生明显变化，这主要因为轴系保持良好的平衡性，且轴承保持正常的支撑刚度。故障发生之前，配汽与机组轴系保持良好的运行状态。对此，工作人员应找出非轴系引发故障的相关因素。检测发现，机组#3瓦振在运行期间并未发生异常情况，因此应了解分析#1瓦与#2瓦轴承的实际频谱，判断故障位置。

② 轴振原因分析

分析可以得知，高频故障问题相近于碰撞故障。轴系发生故障时，转速处于临界状态，轴系敏感于外界的扰动，引发严重的轴系振动突增问题。同时，实际调查发现，其他电厂也发生过类似问题，严重影响了大功率汽轮机发电机组的正常运行，应出台完善的解决方案。

5.3 汽轮机运行轴振问题的解决

分析发现，动静叶片或轴瓦碰撞属于轴系故障问题的主要引发因素，在未并网发电时，机组冲转起机导致气缸膨胀不畅。同时，汽轮机在冲转临界转速区的相互耦合导致振动瞬间增大，引发跳机问题，运行后期机组严重碰磨，具体见下图2所示。

由上图分析可知，#1与#2轴振保持不稳定运行模式，机组在快速升负荷阶段对第三阀进行了负荷调节，负荷速率的突然增加增大了轉子径向偏移量，发生碰磨问题。对此，汽轮机运行期间实际碰磨问题比较严重。之后工作人员采用电涡流传感器诊断动静部位的碰撞情况，判定具体位置。利用机械测振表有效测定故障信号，发现由转子受热不均引起热弯曲，转轴出现严重的磨损问题。之后工作人员适当降低了运行效率，更换处理零件，适当增加油脂，增强了润滑效果，有效解决了动静摩擦问题，促进了汽轮机的正常稳定运行。

结束语

汽轮机组的异常振动不仅危害机组，甚至会影响整个发电系统。因此要在了解其危害的基础上进一步分析其产生的原因，这样才能根据具体的原因采取更多的防止措施，确保其稳定运行，保证安全正常发电，提高经济与社会效益水平。

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