浅析汽轮机振动的原因及危害

王勇

摘要：我国经济的快速发展对我国电力供应提出了更高的要求。为了保障城市经济的发展与居民用电的稳定，加强汽轮机组日常保养与维护，保障城市供电已经成为了火力发电厂维护部门的重要任务。汽轮机组作为发电厂重要组成部分其异常振动对于整个发电系统都有着重要的影响，文中就汽轮机异常振动的分析与排除进行了简要的论述。

关键词：汽轮机振动；原因；危害；措施

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

随着我国经济的发展，人们对电力供应提出更高的要求。在热电厂的生产中应用汽轮机，能够保障城市经济的发展和居民用电的稳定，而加强汽轮机的维修和保养成为保证火力发电厂维修部门的主要任务。汽轮机由于长时间的运作，会产生振动的故障，因此需要分析汽轮机产生异常振动的原因，采取相应的措施进行处理，从而确保机组的正常运行。

一、汽轮机的概述

热电厂的汽轮机是可以把蒸汽热能转化成机械能的旋转式的动力机械设备。汽轮机可以作为发电机机组使用，还可以作为压缩机和风机的驱动装置使用。汽轮机通常是由转动部分和静止部分构成，转动的部分包括联轴器、叶轮、主轴以及动叶片等，而静止的部分主要包括气缸、轴承、隔板、汽封以及静叶柵等。由汽轮机配套使用的机械还有锅炉、发电机、加热器等装置。汽轮机是在高温和高压的条件下运转的，而且属于精密类重型机械设备。汽轮机的工作原理是当来自锅炉的蒸汽进入蒸汽机后，蒸汽会以此的进过机组的喷嘴和动叶，这样蒸汽会把本身的热能转化为共汽轮机旋转的机械能。和传统的复式蒸汽机相比，汽轮机具有气流转速快、连续性好的优势，因此汽轮机的输出功率远远大于复式蒸汽机。

二、振动对机组安全运行的危害

（1）由振动产生不均匀的磨损造成转子端部轴封损坏，使汽轮机平台的空气漏入低压缸，影响机组的经济性；高、中压缸漏气量加大，为达到机组负荷要求需开大调门这样漏气量会进一步增加形成恶性循环，最主要的是漏气会使润滑油系统漏入蒸汽，润滑油带水进而破坏油膜使振动进一步增加。间隙变小使静叶隔板汽封损坏，级与级间的漏气加大，这样严重影响了机组经济性。（2）造成动静部分摩擦，使转子局部受热而发生热弯曲使轴承振动急剧增加，这样的振动常常会引起转子永久性弯曲，滑销系统各部件会加速磨损，这样会影响机组的正常自由膨胀，从而引起严重的汽机事故。（3）造成轴瓦乌金磨损，本体部件紧固螺丝松脱或断裂。转动部件材料的疲劳强度降低，进一步造成动叶、转子等部件破坏。（4）造成调速系统各油路接口松动脱开，危机遮断器以及其他的保护会受到破坏，这样调速系统不稳定，将会引起调速系统事故。（5）机组的振动对发电机励磁部件的损坏，主要是振动时对励磁刷的损坏，振动厉害时可能早能碳刷的脱落。

三、汽轮机组常见异常震动的分析

1、油膜震荡

当热电厂汽轮机在运转时，转子在轴承油墨上高速旋转失去稳定性而造成的震荡就是油膜自激震荡。在汽轮机稳定运转时，转子是围绕轴线旋转的，而汽轮机失去平衡时，转轴在围绕轴线转动的同时围绕平衡点涡动。轴线的涡动频率通常保持在转子转速的一半，因此成为半速涡动。在涡动转速和转子的临界转速相重合时，这样半速涡动转速就会被共振放大，从而表现为激励的振动。油膜震荡具有下列的特征：油膜震荡发生后，振幅的增速比较快，这样就会造成机组产生激励的振动。在油膜震荡时，振动的的主频率是发电机的一阶临界转速，而且随着转速的升高而改变。油膜震荡时，通过仔细的观察可以发生主轴的外露部分也在颤动。在油膜发生震荡时，轴承的顶轴油压也会发生剧烈的振动，因此轴承内部有金属撞击的声音。对于油膜的震荡可以采取下列的措施进行解决：增加轴瓦的比压，而且减少轴瓦顶部的间隙，这样可以有效地减少油膜的震荡；还可以采取减小轴颈与轴瓦的接触角，控制在300-400之间；降低润滑剂的动力粘度；可以利用平衡的方法将转子原有不平衡分量降得很少。

2、气流激振

汽轮机的叶片由于受到不均衡的气体的冲击而产生气流激振，而对于大型的机组，末级比较长，气流在叶片的末端膨胀而造成流道的紊乱，从而造成了气流的激振。另外，轴封也可能造成气流激振的现象。在汽轮机机组的负荷超过一定的负荷点，轴振动就会增加，而负荷低于负荷点，振动就会减小。气流激振的频率小于或者等于高压转子的一阶临界转速。气流激振的部位通常发生在高压转子段。热电厂可以针对汽轮机气流激振的特征，通过长时间的记录机组的振动数据，还有记录机组满负荷时的数据，整理数据和制作成成组的曲线，观察曲线的变化情况，这样才能够进行故障的分析。在汽轮机的运作中，需要先确定汽轮机的工作状态，然后采用减低负荷变化率以及避开产生气流激振负载范围的方式，减少气流的激振。

3、安装工艺水准不达标

汽轮机安装工艺的精度好坏会对汽轮机振动产生直接的影响。需要根据安装现场的要求来对轴承的强度、刚度和预紧力进行选择，确保汽轮机中心的同心度，控制好各个零部件之间的间隙，间隙不能过大也不宜过小，过大则会导致零部件之间相互碰撞，过小则会导致各零部件之间相互接触磨损。在汽轮机长期运行过程中，不仅零部件之间的会产生膨胀，而且连接销系统也会存在这个问题，一旦润滑油达不到润滑的作用，则会导致机组变形的产生，从而引发振动故障。

4、汽轮机中心不正引起振动

（1）机组启动过程，低、中、高速暖机时间不够或升速过快，机组并网后加负荷过快，都会引起汽缸受热膨胀不充分受热不均匀，使机组滑销系统工作不正常，汽缸自由膨胀不充分，造成汽轮机动、静部分有偏差，汽轮机组出现不规则的移动，造成振动；（2）在机组运行期间，操作不当出现背压升高现象，引起低压缸排汽温度升高，轴承座受热过大而向上拱起，造成汽轮机组的中心不正，引起振动；（3）在机组安装初期靠背轮安装中心没找准，这种情况下运行时会产生振动，且这样的振动是随机组负荷的增大而振动幅度增加；（4）过热蒸汽和再热蒸汽温度超过设备设计条件下运行，会让汽轮机胀差增加，如高压轴封向上拱起等，这样会使机组中心线偏离超过允许规定范围，造成机组振动。

5、转子热变形导致的机组异常振动

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。

6、发电机内部故障引起振动

发电机转子绕组匝间短路，匝间短路会使一部分线圈失去作用，这样磁场就会发生偏斜；匝间短路会使绕组发热变形而引起振动；发电机转子和定子之间的气隙不均匀，这样会使磁吸力不均匀产生振动，定子铁芯的振动产生的局部共振会传递给轴瓦引起机组振动。汽轮机本体设备部件松动引起小幅度的振动。