汽轮发电机组振动的影响因素分析

陈建森 徐红磊

【摘要】：结合200MW国产及燃煤火力发电汽轮机组及辅机系统工作经验，结合我厂以及外厂的汽轮机发电机组检修记录等技术资料，对汽轮发电机组震动故障的多征兆诊断方法和汽轮机非稳定性振动诊断进行试探性分析。汽轮发电机组轴承振动的大小直接关系到机组能否安全运行，而对于发电厂来说安全运行能带来最大的经济效益。引起汽轮发电机组轴承振动过大或者异常的原因有很多，既有设计制造方面的原因；也有运行方面的原因；还有安装和检修等方面的原因。本文只对运行方面的震动情况做一下浅显的分析。

【关键词】汽轮机振动 研究

中图分类号：TK26文献标识码： A

前言

振动信号的频谱分析在汽轮发电机组的故障诊断中占有很重要的地位，但由于汽轮发电机组振动情况的复杂性，有时单靠振动信号难以对机组存在的故障进行准确地诊断。如果在诊断中能考虑到其它运行参数如负荷、温度、蒸汽压力、轴向振动、机组转速等对机组振动的影响，将会对提高诊断结果的准确性有很大的好处。

如果在机组设计制造、安装和检修期间各方面都能保证质量，那机组就不会发生振动大而影响运行了吗？答案是否定的，机组的振动除了与上面阐述的各方面因素有关外，还与机组的运行状况存在很大的关系。

1、机组膨胀前面时，机组的滑销系统对机组振动的影响情况，而机组的膨胀是受其滑销系统制约的, 当机组带负荷受热后都要产生膨胀，但是不能让其自由膨胀，滑销系统就是用于引导机组膨胀的。当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或者引起动静碰磨，从而造成更大的破坏。。当滑销系统本身不存在问题时，如果运行人员操作不当，机组也会出现膨胀不畅的问题。最明显的例子是在开机过程中，当机组的暖机时间不够或者升速加负荷过快，则机组各部分的膨胀就不一样，这样一方面会产生热应力，减少机组的寿命；另一方面就会引起过大的膨胀差，从而影响机组的开机过程。当机组的膨胀不充分时，极易引起机组的动静碰磨而产生振动。

2、润滑油温轴颈在轴瓦内的稳定性如何决定了机组诱发振动的可能性有多大，当稳定性太差时，外界因素的变化很容易引起机组振动的产生, 负荷较轻的一边，轴瓦内的油膜将会形成不好或者根本不能建立油膜，这样就会诱发机组的自激振动、油膜振动和汽流激振等；而负荷较重的一边，由于吃力太大，会引起轴瓦温度升高，当轴瓦乌金温度达到一定值时，很容易产生轴瓦乌金过热现象，从而造成机组的振动。而润滑油在轴瓦内形成的油膜如何又是影响转子稳定性的一个重要影响因素，油膜的形成除了与轴承乌金有关外，还有一个重要因素就是润滑油油温，润滑油油温应该在一个合理的范围内，过高过低都对油膜的形成不利。

3、轴封进汽温度每一轴封的进汽温度都不一样，在运行规程所允许的范围内调整轴封进汽温度会对机组的振动产生一定的影响。轴封进汽温度对机组振动的影响主要表现为进汽温度对轴承座标高的影响和温度对端部汽封处动静间隙的影响。如果转子与汽缸或静子的同心度偏差过大，则可能会引起汽流激振、电磁激振和动静碰磨。若发生碰磨，则会使转子发生热弯曲而引起不稳定普通强迫振动。当联轴器法兰外圆与轴颈不同心、联轴器法兰止口或螺栓孔节园不同心、端面瓢偏、连接螺栓紧力明显不对称时，不论圆周和端面中心数据调整的如何正确，当把连接螺栓拧紧后，都会使轴系不同心和不平直。当转子处于旋转状态时，轴系同心度和平直度会直接产生振动的激振力，引起机组的振动。

4、机组真空和排汽缸温度机组真空和排汽缸温度总是相辅相成的，其中一个因素的变化必然引起另一个因素的改变。对于轴承座坐落在排汽缸上的机组来说，排汽缸温度的变化主要表现在对轴承座标高的影响上，所以会对机组的振动产生影响。

5、发电机转子电流当电流通过发电机转子时会产生热量，这部分热量就要会使发电机转子产生膨胀，当发电机转子本身存在一定量的质量不平衡时，由于膨胀会使该不平衡量产生的力矩发生改变，从而引起机组的振动变化；当发电机转子自身存在膨胀不均时，即使冷态情况下质量平衡较好，也会由于膨胀的不均匀性产生动态的质量不平衡，而这一质量不平衡在发电机转子恢复到冷态时也会随之消失。另一方面，如果发电机转子内部本身存在短路情况，当电流通过发电机转子时会产生局部放热过大的现象，此处的转子由于受到较多的热量堆积而使膨胀较大，这就与其他地方的膨胀产生差别，又会形成一动态的质量不平衡。

6、断叶片当汽轮机发生断叶片时，转子的质量分布明显发生改变，因此机组的振动会发生明显的变化，这种情况在现场有时可能不会被察觉，因为振动的变化既包括振动大小的变化也包括振动相位的变化，而现场大多数仪表只能监视振动大小的变化。为了尽量避免断叶片的现象发生，除了在设计制造和安装检修期间采用适当的措施来保证外，运行中在增减机组负荷时应尽量平稳。

虽然引起机组振动故障的原因很多，但有些故障只能发生在汽轮发电机组的某一特定的转子上，例如，“转子刚度不对称”故障一般多数发生在发电机转子上，引起发电机转子振动变大；而“新汽压力脉动”多引起高压转子的振动加大。同时，有些故障只会发生在特定类型的轴承上，例如，“油膜振荡”一般只发生在圆筒形、椭圆形或三油楔轴承上，而可倾瓦型轴承发生“油膜振荡”的可能性则比较小。此外，根据运行中出现的不同征兆，也可以排除一些引起轴系振动故障的原因。例如，运行中轴承乌金温度升高，则可以初步排除“不平衡”、“转子不对中”等故障。根据运行中出现的不同征兆或具体的振动部位及轴承形式，初步排除一些故障的措施，有利于缩小可能的故障范围，为最终确诊提供方便条件。