汽轮机振动(汽轮机运行中振动大的原因及危害)

一、汽轮机异常振动原因分析

汽轮机组担负着火电企业的发电任务。由于汽轮发电机组运行时间长，关键部件长期磨损，故障时有发生，严重影响了发电机组的正常运行。汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中的一种复杂故障。由于机组的振动往往受到多方面的影响，任何与机组本身有关的设备或介质都会成为机组振动的原因，如进汽参数、排污、油温、油质等。因此，分析汽轮机异常振动的原因就显得尤为重要，只有找出原因才能进行维修。分析汽轮机异常振动的原因是维护汽轮机异常振动的关键。

二、汽轮机组常见异常振动的分析与消除

汽轮机组异常振动的主要原因有:蒸汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。

(1)蒸汽流励磁现象及故障排除

蒸汽诱发振动有两个主要特点:一是应该有大量的低频分量；第二，振动的增大明显受运行参数的影响，增大应该是突然的，比如负荷。主要原因是不平衡进气量冲击叶片时会产生蒸汽流激励。对于大型机组，由于末级较长，叶片膨胀端的气流通道紊乱也可能引起蒸汽流激振。蒸汽流激励也可能发生在轴封中。根据汽轮机组汽流激振的特点，其故障分析应长期记录每台机组的振动数据，连同机组满负荷时的数据记录，做成一组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变提升负荷率，从5T/h到50T/h的供水量逐一变化，观察曲线变化。通过改变汽轮机高压调速阀在不同负荷下的再调节特性，消除气流激励。简单来说就是确定机组发生汽励的工作状态，通过降低负荷变化率，避开发生汽励的负荷范围来避免发生汽励。

(2)转子热变形引起机组异常振动的特征、原因及消除

转子热变形引起的振动，其特点是一次谐波幅值的增大与转子温度和蒸汽参数密切相关。大部分振动发生在机组冷态启动和定速后的带负荷阶段。此时转子温度逐渐升高，材料内部内应力释放引起转子热变形，一次谐波振动增加信息源网络，可能伴有相变。转子弯曲变形导致机组异常振动。转子永久弯曲和暂时弯曲是两种不同的故障，但它们的故障机理是相同的，都类似于转子的质量偏心，所以都会产生类似于质量偏心的旋转矢量激振力。

与质心偏移不同的是，轴的弯曲会使两端作圆锥运动，所以在轴向也会产生较大的工频振动。另外，当转轴弯曲时，弯曲产生的弹力和转子不平衡产生的离心力的相互作用会抵消，转轴的振幅在一定速度下会减小，即在一定速度下，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，与不平衡转子的动态特性不同。当弯曲的影响小于不可测量时，振幅的减小发生在临界速度以下。当弯曲作用大于不平衡时，振幅在临界速度以上减小。转子热变形的故障处理是更换新转子，以减少机组的异常振动。没有振动力就不会有发电机组的异常振动。

(3)摩擦振动的特点、原因及消除

摩擦的特点:第一，由于转子热弯曲产生新的不平衡力，振动信号的主频仍然是工频。但由于冲击和一些非线性因素，可能会出现少量的分频、倍频和高频成分，有时波形会出现“切顶”现象。二是发生摩擦时，振动的振幅和相位具有波动特性，波动持续时间可能较长。当摩擦剧烈时，振幅和相位不再波动，振幅急剧增大。但第三次减速临界转速时的振动一般大于正常加速时的振动，停机后转子静止时，测得的轴的摆动较原始值明显增大。摩擦的机理:对于汽轮机转子来说，摩擦会产生抖动、涡动等现象，但实际上主要的影响是转子的热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度不同。由于重摩擦侧的温度高于轻摩擦侧，转子径向截面上的温度不均匀，局部发热导致转子热弯曲，产生新的不平衡力作用在转子上，引起振动。

三、应做好振动监测

目前，200MW及以上机组大多安装了轴系监测装置，实现了振动在线监测，为振动监测创造了有利条件。其他一些中小机组虽然配备了振动监测仪表，但精度较差，依赖于便携式振动仪表的周期测试和检查，有的机组仅依赖于推带式振动仪表的周期测试记录。一般中小型机组的振动监测工作比较薄弱，定期(每周、每10天等。)试验或试验记录不全无法坚持，不利于认真执行相关振动规定。因此，电厂应明确规定振动试验的周期，为汽轮机车间和运行现场的专业人员配备高精度的测振仪，并建立由专业人员和运行现场保管的振动试验登记簿，按规定进行定期试验，并将试验结果记录在登记簿上。当发现振动大于上次测试结果时，专业人员应及时向领导汇报，分析振动增大的原因，研究采取措施，必要时增加振动测试次数，监测是否继续增大。如果机组在运行中出现异常振动，应立即使用现场保存的振动表进行测试。如果振动与上次测试结果相比增加0.05毫米，应立即关闭制动器。如果振动增加小于0.05mm，但振动异常时，听到机组噪音(如叶片掉落等。)，或者机组内部声音异常时，也要停机检查。一般振动增大也应向车间汇报，以便组织分析原因，采取措施。

(1)旋转部分的平衡不正确。

(2)汽轮机和发电机对中不好。

(3)机组的辅助转动部件，如调速器、主轴带动的油泵、紧急保护器等部件，平衡不好，安装不好。

(4)受热零件安装不正确，冷安装时没有考虑热态工作时的自由热膨胀和热变形，使零件在热态工作时不能自由膨胀，变得有些弯曲，破坏了平衡。如果各种轴受热无处膨胀，就会弯曲，失去平衡，引起振动；当外壳受热不能自由膨胀时，也会变形，引起振动。

(5)部分零件的配合尺寸不符合要求。如果轴封板与轴颈之间的配合间隙不正确，配合过紧，轴颈受热时会与密封板摩擦，引起振动。

(6)轴承有缺陷，如轴瓦巴氏合金分层、开裂；轴承和轴瓦之间的安装间隙不合适；外壳在轴承座内松动；轴承动态性能不好，出现半速涡动或油膜振荡，引起振动。

(7)如果机组基础不符合要求或基础下沉，机组将振动。

2.操作原因

(1)汽轮机汽缸保温不良，启动前预热不充分或不正确，导致汽轮机转子在启动时处于弯曲状态。

(2)固定在汽轮机转子、联轴器、传动齿轮轴上的某些转动部件松动、变形或位置偏移，引起回转体重心位置变化而加剧振动，如叶轮与轴结合松动、某些部件变形等。一些对重量要求严格的转动部件，如个别螺栓更换联轴器不做平衡试验，也会破坏平衡，加剧振动。

(3)转动部分原有平衡被破坏，如叶片飞脱、叶片或叶轮严重腐蚀、叶轮损坏、轴封损坏、叶片结垢、零件脱落、发电机转子内冷水回路局部堵塞、静止部分与转动部分摩擦等。

(4)启动前预热不均匀，机壳变形，机组内动静部件间隙不均匀，甚至摩擦振动。

(5)蒸汽管道或燃气管道对机组的作用力导致机组变形、移位；与管道的不合格连接等也会引起振动。

(6)轴承润滑不充分或不适当，油泵不稳定或油膜不稳定。

(7)新鲜蒸汽等运行参数与要求值偏差过大。新蒸汽参数偏差过大且未及时调整，使汽轮机部件热膨胀和热应力变化剧烈；蒸汽压力和蒸汽温度过低，无法及时采取措施；排气筒温度过高导致气缸变形等等。

(8)机组运行转速过于接近实际临界转速，机组某一部件的固有振动频率等于或低于汽轮机的运行频率，使该部件或汽轮机发生共振。

(9)汽轮机内部转动部件与汽封偏心，蒸汽自激振荡引起振动。

(10)发电机不平衡电磁力引起的振动。