汽轮机异常振动情况与故障排除

史利强 毕旺杰 高永顺 华电莱州发电有限公司

汽轮发电机组作为发电系统中的主要构成，异常振动会对生产系统产生重要影响，情况严重的，还会导致全厂停车，最终对年度任务产生影响。汽轮发电机组振动问题复杂，引起振动原因较多，但只要找到振动原因，就能合理解决振动问题。

一、汽轮机组振动问题分析

（一）故障特点

1.转子质量不均衡

由于转子质量不平衡而产生的离心力或激励力，是发电厂中最重要的振动问题之一。转子质量参差不齐可以分为几大类，但都会直接影响系统的性能。例如，如果由于转子弯曲而不能及时调节装置的弯曲状态，则会发生零件的摩擦，导致工件和导向板之间的摩擦增大。调度控制不充分会导致汽轮机叶片变形和膜片弯曲而引起振动问题，这样蒸汽涡轮汽轮机的振动问题会随着速度增加、提升离心力的力度[2]。对于轴向振动的某些变化，必须预先设置电阻，以便评估振动幅度。根据动态轴承安装的特定要求，严重的操作错误或其他现象可能会导致明显的振动问题。简而言之，在汽轮机机组运行期间，如果轴承系统与重力相关的刚度值始终保持稳定，则在运行开始时机组的振幅会进一步增加，并且机组的振动将逐渐显示出相同的频率特性。

2.轴系无法对中

电厂的汽轮机机组在运行时，对驱动轴系统有着严格的要求。为了避免剧烈振动，必须将相应的零件安装在相邻位置。在实际操作中，如果侧向反射不均匀或根据轴和安装要求而明显偏离，则必须相应地调整位置。由驱动轴系统故障引起的振动问题具有明显的特征[3]。在将两个相邻的轴安装在相对应的轴承部件的前提下，两个相邻轴的偏差和倾斜度很容易引起汽轮机的振动问题。因此，轴承对准故障的问题在一定程度上反映了汽轮机机组运行中的轴承偏差问题。鉴于这种振动破坏现象，有必要根据实际情况测量、评估和调整汽轮机机组外圈和两个半联轴器的开口偏差。

3.油膜振荡

汽轮机是电厂发电设备的重要组成部分，其工作阶段的不稳定性会影响到整个发展过程。在汽轮机机组的振动阶段，需要预先掌握振动的幅度，如果有不稳定或其他现象发生，则需要及时汇总数据情况，并根据固定值控制速度。如果汽轮机运行期间转子不稳定，则其振动将非常混乱，振幅将进一步增加。油膜振动主要是由于汽轮机机组的严重不稳定性引起的，振动频率与速度之比为1：2。此时，即使装置的速度增加，相应的振动频率也保持在该恒定状态。这种振动故障的主要特征是低频振动和小振幅[4]。在这一前提下，如果蒸汽涡轮机的运行速度高于初级临界速度的两倍，则机组产生的低频振动速度将与初级临界速度同步。也就是说，当接收到共振系数时，汽轮机的低频振动会在某种程度上被放大，并且频率增加而变为油膜振动。油膜振动与千斤顶轴中的液压压力不足、运行期间润滑剂中的杂质有关，其突出的特征是低频振动。考虑到振动频率的要求，应根据实际经验调整相应的幅度，以避免剧烈振动。

（二）原因分析

1.中心振动异常

（1）汽轮机开始运转时，如果预定的预热时间不足、速度过快或负荷过大，则汽缸体在加热过程中会膨胀不均。同时，汽轮机机组滑动销系统的固定问题会限制汽缸的热膨胀，这导致转子和汽缸在操作期间的相对偏差，并最终导致整个机组的异常振动。这也是现阶段汽轮机振动问题的主要原因。（2）在汽轮机设计阶段，对于入口温度有着严格的规定。但是，如果汽轮机机组未按规定要求运行，则会增加差异膨胀和气缸变形。在机组运行期间，如果抬高高压轴封，则整个汽轮机将经历一定程度的轴向运动。当真空度下降时，废气的温度相对升高、轴承向上移动，这自然会引起振动问题。显然，这将改变汽轮机的重心，从而导致整个设备的异常振动。（3）对汽轮机机组进行全面检查后，在安装时应检查联轴器中心点是否有误。随着设备负载的增加，由于安装错误导致的设备异常振动会加重，从而导致整个设备的二次损坏。如果汽轮机机组在高于设计值的入口温度下运行，则其膨胀差异和气缸变形可能会更加严重，从而导致设备中心振动超过轴承极限。

2.转子质量不均衡

（1）由转子的弹性弯曲引起的振动。在汽轮机机组运行期间，叶片装置的破裂、磨损、腐蚀和溢出将直接导致转子不平衡，并在弹性弯曲力的作用下引起振动。如果转子弯曲，即使汽轮机内部部件之间没有摩擦也会出现振动问题。这类振动的特征与质量不平衡的特征一致，两者之间的区别在于，轴向振动是这种振动最明显的特征，尤其是当汽轮机的速度超过相关规定值时，振动幅度会大大增加。（2）由于油膜损坏或稳定性下降而引起的振动。在电站汽轮机装置长期高负荷运行过程中，轴承油膜不可避免会变得不稳定或损坏，轴承衬套的黑金会经燃烧后受损，导致整个轴承受热不均匀，最终在轴颈弯曲的作用下，整个汽轮机会出现振动异常。如果油膜损坏或浮起，则设备的轴承衬套会更快地燃烧，并且轴颈受热后会弯曲，从而引起振动问题。（3）由于蒸汽涡轮机内部部件之间的摩擦引起的振动。在汽轮机运行期间，如果发电机的定子和转子之间的气隙不均匀，并且发电机的转子绕组短路，则会导致整个汽轮机机组的异常振动。由于转子叶片和导向叶片之间的摩擦，轴向误差和流动路径中的间隙不足，涡轮叶片的变形和隔膜的弯曲，轴承的放置或操作误差等，这些振动问题会引起摩擦和振动问题。（4）运行中由于水冲击而引起的振动，也是引起转子质量不均衡的重要原因之一。

二、汽轮机运行振动的解决措施

（一）重视汽轮机的安装与检修

汽轮机在安装、检修过程中，因操作不当，汽轮机在以后运行中发生异常振动的概率很大。这是因为工作人员的失误可能会造成异步振动、转子中心不对中、垫铁与台板存在间隙等现象。因此，为确保汽轮机正常运行，首先是在安装过程中，找准汽轮机组的中心位置，切忌出现位移。其次是定期安排检修工作，排查安全隐患，出现常见的故障特征，要立即采取紧急维修措施。最后是在安装或检修后必须进行试运行，当汽轮机各项指标都满足使用需求且不出现故障特征时，方可移交生产或投入使用。汽轮机在运行过程中，若发生异常振动，必须及时找出原因，只有当振动控制在合理范围后，才能继续生产。此外，汽轮机在开始生产前，要先进行暖机，提高其在运行过程中的稳定性。

（二）加强对汽轮机的振动监视

为确保汽轮机正常运转，对汽轮机的振动监视工作必不可少，这是预防汽轮机异常振动的关键。例如，通过安装轴承振动测量装置、大轴振动测量装置来检测汽轮机振动情况。这类装置能够对汽轮机的振动情况产生反馈，当汽轮机振动频率超过设定值时，装置会发出警报，从而以最快速度通知维修人员进行抢修，必要时停机处理，防止机组损坏扩大。

（三）利用传感器加强对汽轮机的保护

一套完善的振动保护装置包含多种传感器，例如，位移传感器、温度传感器、重力传感器、角度传感器以及压力传感器等。利用这些传感器能够组成监控系统、保护系统和信号报警系统，这些系统又组合在一起，成为保护汽轮机安全运行的重要设备。当汽轮机振动超过临界值时，装置能够发出脉冲信号，实现主汽门的自动关闭，汽轮机的紧急停机。近年，随着各行各业都在开展自动化控制，保护装置对汽轮机的重要性不言而喻。因此，企业要加强对保护装置自动化的研究力度，不断提升保护动作的安全性和可靠性。

三、结束语

振动现象普遍存在于汽轮机运行中且无法被消除，但应将振动控制在合理范围内。若机组振动过大，会导致零部件松动，降低轴承与基座间的连接刚度，危急整个电力供汽系统，最终被迫停机。因此，工作人员要熟知汽轮机振动故障现象，及时找出振动原因，采取科学合理的手段来减小振动，确保汽轮机安全稳定运行。