火电厂大型汽轮发电机组振动故障诊断分析

(中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 湖南 长沙 410000)

火电厂大型汽轮发电机组振动故障诊断分析

张旭

(中国能源建设集团湖南火电建设有限公司湖南长沙410000)

随着工业的快速发展，大型汽轮发电机组的应用率逐渐提升，在火电厂生产中，对于大型汽轮发电机组运行效率、经济性、安全性的要求逐渐提升。振动故障是大型汽轮发电机组运行常见故障，只有对故障问题进行详细分析，才能够及时排除故障。对此，本文首先对火电厂大型汽轮发电机组振动故障类型、特征进行分析，然后对振动故障的危害性进行了介绍，并对振动故障诊断分析策略进行详细探究。

汽轮机振动；表现特征；高中压转子弯曲；运行故障

一、引言

在火电厂大型汽轮机发电机组运行过程中，汽轮机能够将原动机的蒸汽动力转变为机械动力，在力矩作用下，转子高速运转。在此过程中，如果转子转轴中心与质量中心偏离，则会产生一个离心偏向力，进而发生振动问题，影响汽轮机运行稳定性。因此，对火电厂大型汽轮机发电机组运行故障进行详细分析迫在眉睫。

二、火电厂大型汽轮发电机组振动故障概述

大型汽轮发电机组振动类型有很多种，一般可以分为强迫振动和自激振动两种，其中，对于强迫振动，又可以将其分为分谐波共振、随机振动、普通强迫振动、撞击震动、高次谐波共振等等，而对于自激振动，可以将其分为摩擦涡动、轴瓦自激振动、汽流激振等等。根据振动问题的产生原因，可以将其分为机械振动和电磁振动两种类型。由此可见，造成汽轮机发生振动问题的原因有很多种，在故障处理过程中，首先需要对振动问题的产生原因进行分析，然后再制定相应的消振策略。

三、火电厂大型汽轮发电机组振动故障的产生原因和诊断分析

(一)高中压转子弯曲

造成火电厂大型汽轮发电机高中压转子发生弯曲是因为转子质量平衡性比较差，而转子质量平衡性降低的原因包括以下几点：第一，转子生产质量不合格；第二，在转子运行过程中发生断落，导致其平衡性降低，常见有挠性转子叶片断落。高中压转子弯曲所产生的振动现象如下：在汽轮发电机组运行过程中，会产生声响，如果振动问题突然增加，则轴向位移量也会随之增加，进而造成轴瓦运行温度、推力瓦温度提升，如果叶片掉落至抽汽管道中，则会造成逆止门卡涩，导致振动问题越来越严重。上述故障问题均是由于转子平衡性降低所造成的。在故障分析过程中，需要对叶片质量、是否发生杂物掉落、汽缸零部件是否发生脱落、转子低周波运行等进行诊断分析。

(二)机组膨胀不均匀

在火电厂大型汽轮机组运行过程中，为了保障机组正常运行，需要采用滑销系统，通过应用滑销系统，能够有效抑制大型汽轮发电机组的膨胀自由度。因此，如果滑销系统在运行过程中发生故障问题，就会造成机组振动。在汽轮机组运行过程中，如果工作人员操作失误，则机组的受热膨胀无法受到正常引导，比如，在汽轮机启动过程中，需要对机组进行暖机，在暖机过程中，需要逐渐增加负荷，在此过程中，如果转子的升速过快或者没有做到充分暖机，则会造成机组设备的受热膨胀不同。在汽轮发电机组的不同构件设备之间，都会产生热应力，不仅会对机械设备造成损伤，同时，还会缩短零件设备的使用寿命。另外，在不同组件之间，如果膨胀差比较大，则会对汽轮发电机组的正常开机过程以及运行稳定性造成不良影响。除此以外，动静碰磨也是汽轮机组产生振动问题的常见故障问题，而造成这一振动形式的原因主要是在汽轮机组开机过程中，没有使得汽轮机充分膨胀。

(三)汽流激振

在火电厂大型汽轮发电机组运行过程中，如果叶片受到不均衡气体的冲击作用，就会使得叶片发生汽流激振。如果汽轮发电机组的末级叶片达到一定长度，则膨胀末端可能会产生流道紊乱问题，进而产生振动。另外，轴封也会产生振动问题。由此可见，汽流激振的产生位置比较多，并且原因复杂，在进行故障分析过程中，工作人员需要对机组运行数据进行详细记录，包括振动数据、满负荷数据等等，然后根据数据制图，通过曲线进行比较分析。为了解决气流激振故障问题，可以通过调整高压调速汽门的方法，使得汽轮机组在运行过程中，处于不产生汽流激振的的负荷范围内。

四、火电厂大型汽轮发电机组振动故障诊断实例

(一)机组及振动情况简介

某电厂1号机为超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、反动凝汽式汽轮机，型号为CLN660-24．2/566/566，汽轮发电机组由高中压缸、低压缸A、低压缸B、发电机、励磁机组成。

2012年2月25日，1号机组因锅炉侧故障，机组发生甩450MW负荷，机组在停机惰走的过程中发生了振动增大现象，随后机组投入盘车，停备状态。2012年3月12日，1号机组启动，启动至额定转速及带负荷过程中，1号机组两低压转子及励磁机转子振动超标，机组振动出现报警。

(二)机组振动原因分析

汽轮发电机组的轴系由多转子构成，1号机组的轴系由5根转子组成，转子间的相互连接为靠背轮刚性连接。在汽轮发电机组运行的过程中，作用在每根转子上的力矩分为3部分：首先是驱动转子的蒸汽转矩TT；其次是发电机负载反转矩TL；第3个是叶轮和轴颈部位等之间的摩擦转矩Tf。

当汽轮发电机组处于某功率运行时，转子处于额定转速，当机组发生甩负荷时，发电机与电网解列，机组甩掉全部或部分负荷，TL=0或近似为0，由于力矩的瞬间不平衡诱发汽轮发电机组的轴系对中及各支持轴承的载荷重新分配，导致汽轮机发电机组的轴系振动有所上涨。

(三)机组振动故障的现场处理

通过现场对两转子实施反对称配重来处理；由于励磁机转子单支撑结构，发电机转子振动在优秀值范围内，故励磁机转子的振动可用单平面的质量失衡来考虑。制定现场动平衡方案如下：低压A转子3、4号支撑轴承处末级叶轮平衡轮毂分别加重450g/80°、450g/260°；低压B转子5、6号支撑轴承处末级叶轮平衡轮毂分别加重450g/80°、450g/260°；励磁机转子末端平衡燕尾槽加重150g/130°，1号机组同时施加上述配重后，机组一次启动成功，顺利达到额定转速，轴系振动在优秀范围内，机组带负荷至400MW，振动的幅值相位变化不明显。

五、结语

综上所述，在火电厂大型汽轮发电机运行过程中，振动故障问题较为常见，振动问题不仅会产生噪音，对工作人员的身体健康造成不良影响，而且还会对机械设备造成损伤。对此，在进行振动故障分析过程中，首先需要了解振动故障特征，确定故障发生位置，然后对故障发生位置的零件设备进行检查，确定故障问题的产生原因，然后以此为依据制定故障处理方案，这样能够有效解决汽轮机发电机组振动故障问题，保障其运行高效性。

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张旭(1970.09-)，男，湖南长沙，工程师，主要从事火力发电施工技术管理方面。