汽轮机组异常振动分析与故障排除

汽轮机组异常振动分析与故障排除

作者：高登

来源：《科技创新与应用》2013年第24期

摘 要：各行各业在经济的带动下取得了快速的发展，人们对电能的需求量呈不断增加的趋势，这就需要发电厂安全、稳定的运行，这样才能保证及时的供应电能。汽轮机作为电厂中非常重要的生产设备，其稳定、可靠的运行对于发电厂的正常运转具有极其重要的作用。但由于汽轮机长期处于运转状态下，发生故障也是很难避免的一件事情。在汽轮机较为常发生的故障中，其异常振动对机组的稳定运行及设备的寿命都具有较大的影响。文章分析了汽轮发生机组异常振动的危害和原因，并对导致汽轮机异常故障发生的原因及故障排除进行了详细的阐述。

关键词：发电机组；异常振动；故障分析 1 汽轮发电机组异常振动的危害

汽轮机在运行时，由于处于高速旋转状态下，所以会产生不同方向和程度的振动，这种振动只要在允许的范围内，是可以的，但在运行时也需要尽量保持这种振动越小越好，从而使其对设备的危害性减轻。本文中所说的振动，是指超过允许范围内的振动，对设备有损坏性，所以要对其产生的原因进行分析，从而找出解决的办法，有效的保证设备的使用寿命及性能。 当汽轮机在运行时，一旦机组的振动过大，则可能会导致部分连接处的部件发生松动、螺丝断裂；使机座的浇筑体产生松动，基础发生裂缝；叶轮机片折断；保安器发生误动作；主轴弯曲；滑销磨损等，同时由于振动所导致的各部件的磨损情况较为严重，从而导致较为严重的事故发生。由些可以断定，振动对于汽轮机的正常运行具有较大的威胁，所以在汽轮机运行时，一旦发现有振动的情况发生，并及时的查找出原因并进行消除，从而避免振动的继续扩大，从而保证机组运行的稳定性。 2 汽轮机异常振动原因分析

在很大的一部分发电企业当中，汽轮机作为企业发电的重要设备之一，需要进行长时间的运行，在不间断的运行过程中极易产生磨损，一旦磨损严重则会引发故障，对汽轮机的正常运行造成较严重的影响。在汽轮机的常见故障中，机组异常振动是较为复杂的一种，引起异常振动的原因较多，所以当机组发生异常振动时，则需要对产生振动的原因进行详细的分析，从而采取针对性的措施进行维修，从而使故障得以排除，保证汽轮机组的正常运行。 3 汽轮机组常见异常震动的分析与故障排除

导致汽轮机组发生异常振动的原因较多，但其中以汽流激振、转子热变形、摩擦振动等为其中最为主要的因素。

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3.1 汽流激振现象与故障排除

对于汽流激振的判断，可以依据低频分量量值的大小及运行以参数导致振动的突发性增大来进行判断。汽流激振的产生主要是由于当不均匀的气体来流对叶片形成冲击时即可发生，或是大型机组运行时，气体在叶片膨胀的末端产生流道紊乱时也可能产生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。当汽轮机组发生汽流激振时，需要对其发生振动的情况进行长时间的数据记录，并根据不同时间内的记录数据来制成曲线，然后再根据曲线的变化趋势和范围来改变运行时的升降负荷速率，从而消除气流激振。

3.2 转子热变形导致的机组异常振动特征、原因及排除

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定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。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。 3.3 摩擦振动的特征、原因与排除 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，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。

二是发生摩擦时，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。

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。

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。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。

4 关于汽轮机异常振动故障原因查询步骤的分析

生产中经常遇到瓦盖振、轴振的异常变化，引起振动异常的原因很多。根据振动产生的集中原因，在查找振动主要来源时要注意下面几个要素：振动的频率是1X，2X，1/2X等。振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。振动的稳定性如何（指随转速、负荷、温度、励磁

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电流、时间、等的变化是否变化）。例如汽轮机转子质量不平衡会有下列现象：升速时振动与转速的二次方成正比，转速高振动大。特别过临界时振动比以往大得多。振动的频率主要是1X。振动的相位一般不变化及相邻轴承相位出现同相或反相。振动的稳定性好（在振动没有引起磨擦的情况下），且重复性好。根据振动特征与日常检测维修记录多方面分析，找出故障原因最终排除。

5 在振动监测方面应做好的工作

在线振动监测装置大多在350MW的机组上都有装设，对防止振动所带来的危害带来了较大的益处，但目前在中小型机组上装设的还较少，这些机组还装振动监测表，不仅准确性不好，同时要定期进行测试核对，但往往在工作中无法做到定期测试或是部分测试记录不完整的情况较多，这会对监测振动造成很大的影响。所以在实际工作当中，应明确测试振动的周期，同时提供精密的振动表，督促相关人员做好测试记录，当测试时发生结果有明显差异时要及时进行上报，从而及时对产生较大差异的原因进行分析。必要时增加振动测试次数，以监测是否继续增大。运行中如发现机组振动异常时，应立即使用现场保管的振动表进行测试，并停机进行检查。对一般的振动增大，也应向车间汇报，以便组织分析原因，采取措施。 6 结束语

在发电厂的生产过程中，汽轮机由于长时间的处于不停的运转当中，所以机组产生异常振动是较为常见的故障，通过长时间对发生异常振动故障的原因进行分析表明，引起异常振动的原因较多，且较为复杂，通常于制造、安装、检修和运行的水平等都息息相关。汽轮机组发生较大振动时通常是提醒设备将会发生损坏，如叶片折断、保安器发生误动、轴承松动及引起的建筑物共振等，这些损害的发生将严重影响到机组的正常运行，所以应使机组的振动水平保持在允许的范围之内，这样对于汽轮机的正常运行、发电厂的稳定运转具有十分重要的意义。 参考文献

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[2]上海汽轮机有限公司135MW中间再热式汽轮机说明书，1999（5）. [3]胡念苏.汽轮机设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2003（7）.