600MW机组异常振动故障分析

毕大成

（大唐阳城发电有限责任公司， 山西 晋城 048102）

汽轮机作为发电系统的重要组成部分，其故障率的减少对于整个系统都有着重要的意义。汽轮机异常振动是发电厂常见故障中比较难确定故障原因的一种故障，针对这样的情况，加强汽轮机异常振动分析，为发电企业维修部分提供基础分析就显得极为必要。

1 600MW机组振动故障的表征

近年来，通过对多台600MW机组进行了现场实测和处理,并对国内同型机组的振动状况做了简单调研,发现这类机组共性的振动缺陷特征如下:

1.1 汽轮机低压B的5号、6号瓦和低压A的3号、4号瓦振动大;同时存在不稳定现象,随机组工况、时间呈现非定常的过大变化;

1.2 发电机前瓦7号轴振大,热变量超出常规值;有些机组3000r/min定速振动大,有些定速时不大,但随负荷出现超常增大。

图1和图2是个别机组的现场记录数据。

这两种振动缺陷在600MW机组中存在的比例较高,根据不完全资料统计,2004年之后投运的44台600MW机组中,有37台振动超标,占84%;其中32台瓦振超标;15台轴振超标。

这些振动故障对国内多个电厂该型机组的安全投运和工期造成较大影响。业主为了配合振动测试查明问题所在,在调试阶段需要多次启机;为实施现场处理,又需要专门安排停机检查或做动平衡,耗费物力财力,延误工期。

2 振动故障产生原因

根据对数台600MW机组数据和相关情况分析研究,得到关于振动故障的具体原因：一是气流激振；二是制造阶段发电机转子热变形老化；三是摩擦振动

图1 某厂2号机带负荷5号、6号瓦振大、不稳定(hl206、hl209)

图2 某厂1号机轴振7Y随负荷爬升现象(hl101)

3 汽轮机组常见异常震动的分析与排除

引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面，汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。针对着三个主要方面以下进行了具体的论述。

3.1 汽流激振现象与故障排除

汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷，且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受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；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间（一年以上）记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态，采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。

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，材质内应力开释引起转子热变形，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。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。

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，丈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。消息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 汽轮机异常振动故障查询注意事项

生产中经常碰到瓦盖振、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留意下面几个要素：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，找出故障原因终极排除。

结语

汽轮机异常振动时汽轮机运行过程中不可避免的故障，同时也是较为常见的故障。在进行此类故障排除时，不能急于拆解机组，首先要根据故障特征进行故障分析，确定故障点后查看机组维修记录，确认故障点零部件情况。如故障点零部件为刚刚检验过并更换，因再次确认故障点，确以为改点后进行拆解。一般来讲短期内进过维护保养的部件出现故障的几率远远小于维护时间长的部件。因此，在进行汽轮机异常振动原因分析时要格外留意。很多情况时需要维修职员长期积累的经验来判定的，加强企业汽轮机组维护保养职员培训，进步维修职员素质及专业技能时进步汽轮机故常排除效率的最佳途径。

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