发电厂汽轮机典型振动故障分析

董伟光

摘 要：在各种可再生能源发电类型中，生物质能电厂是最具有产业化和规模化前景的发电方式，所以需要对生物质能电厂汽轮机的运行保持密切关注，对其典型的振动故障进行分析总结。本文针对目前电厂汽轮机的几种典型振动故障进行了分析，说明了振动故障的成因、特点及解决方案，并进行了案例说明，可以为类似振动故障的解决提供参考。

关键词：发电厂；汽轮机；典型振动故障；动不平衡；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.154

1 引言

目前我国发电的主要形式为汽轮机带动发电机进行发电，并且在可以预见的时期内还将是主要发电形式。在各种可再生能源发电类型中，生物质能电厂是最具有产业化和规模化前景的发电方式，其燃料来源广泛、可靠性高、持续性好，并且可以减少二氧化碳排放。但是不同于常规大型发电机组的汽轮机，应用于生物质能电厂的汽轮机有其自身特点的运行方式，所以也需要针对其自身情况来分析其典型振动故障，为汽轮机的安全运行提供各种数据支撑。

2 典型故障分析

2.1 转子质量不平衡故障

（1）故障说明：这种故障是发电机组中最常见的故障，占比高达80%左右。在工程实际中，由于多种原因，比如材料不均匀以及设计、制造与安装导致的偏差，使得转子的惯性主轴和旋转轴线存在一定的偏差，由此会产生一个离心力。当转速不变时，此离心力的大小将与转子的质量和偏心距的乘积成正比，称之为不平衡量，见公式1。主要分为由原始质量不平衡引起的转子质量不平衡与由转动部件的松动脱落引起的转子质量不平衡。

公式中，：为不平衡质量；：为偏心距；：为转动的角速度；

（2）主要特征：①转子质量不平衡故障的振动以工频为主，但是存在较小的高次谐波；②当转速一定时，振动的振幅与相位也是一定的；③当重复启动时，此振动现象能够重复出现；④此种振动随着机组负荷的变化不会出现明显改变；⑤转子质量不平衡故障时的轴心运动轨迹一般为椭圆形。

（3）案例分析：某电厂对200MW机组进行大修后启动，当升到2600rpm时，#3轴承附近出现异常响动，后停机检查发现了平衡块脱落现象。经过测量发现，平衡块的脱落导致了轴振与瓦振的相位变化了约60°，轴振振幅增加了40μm，瓦振振幅增加了6μm。

2.2 转子热弯曲故障

（1）故障说明：转子热弯曲主要是指当转子受热后出现的弯曲，它将导致转子的平衡状态发生改变，所以又可称之为热不平衡，一般汽轮机出现转子热弯曲的主要原因：包括转子的材料不均匀，内应力过大；转子存在径向方向的不对称温度差；转子长时间与温度较低物体接触；存在动静摩擦等。

（2）主要特征：①转子热弯曲故障的振动为工频；②振幅变化比较连续，不会出现跳跃式的改变，但是其相位不稳定；③转子热弯曲引起的振动随转速的改变会出现明显变化；④转子热弯曲引起的振动随负荷的改变会出现明显变化；⑤在停机过程中，转子热弯曲引起的振动会明显高于启动过程中的振动。

（3）解决措施：当出现转子热弯曲故障时，如果此时的振动没有超过规定限制，那么此时可以允许转子继续运行。当振动超过限值时，如果振动的增量相对不大并且较为稳定的话，可以对转子进行热平衡，目的是补偿一部分热弯曲产生的质量不平衡。

2.3 动静碰摩故障

（1）故障原因：引起动静碰摩的主要原因包括：基础出现不均匀下沉以及汽缸出现跑偏；蒸汽温度出现明显剧烈变化；汽缸的保温措施不当；排汽缸出现快速加热与冷却状况；汽封出现损坏；机组暖机不充分；机组出现剧烈晃动等。

（2）解决措施：解决转子动静碰摩最有效的措施就是在保证安全的前提下进行一定程度的“磨合”。当在启动时，如果在临界转速以下发生碰摩，应该立即停机并进行盘车；如果发生在临界转速以上，那么应该在可控的某一转速下进行停留，磨合间隙，待振动正常后再继续升速。当在带负荷阶段，只要振动能够保持在一定范围内，就可以严密观察，来允许转子自行磨合出一定间隙；而如果在此过程中，转子的振动不断增加，就需要降低负荷或者直接停机来保证机组安全。

（3）案例分析：某电厂#1号机组在1997年大修后启动过程中，出现了低压转子振动持续增加，且转子无法定速的现象，经初步判断存在动静摩擦，且是由于动不平衡产生的。在低压转子发电侧进行多次加重后，振动值大幅下降，机组同时定速并网。

2.4 自激振动故障

（1）故障说明：此种振动故障是由于转子系统自身的运动而引起的振动，与之相对的是强迫振动。主要包括由轴承油膜力导致的自激振动和由蒸汽力引起的气流激振。自激振动一般发生在机组启动升速过程中，当机组升速到某一转速时，轴承轴瓦的振动值会突然增大，此转速一般称之为失稳转速，主要包括半速涡动与油膜振荡。而引起自激振动的主要原因包括轴径扰动过大、转子热弯曲与转子永久弯曲、轴承座刚度过大等。

（2）主要特征：①振动突增；②振幅增加后持续不稳定；③其与机组负荷关系不大；④机组存在异常声响；⑤一般存在与工频成一定比例的低频分量。

根据其表现特征，可以通过提高油温、调整转子中心、调整轴承顶隙与比压等措施来解决。发生的主要原因包括转子与汽缸的同心度偏差比较大、动静叶之间的轴向间隙比较大、转子不平衡、轴瓦稳定性比较差等等。当发生此种故障时，可以通过增加轴瓦比压、减小蒸汽静态力、减小蒸汽激振力、减小轴瓦间隙、扩大两侧间隙、降低润滑油粘度以及增大上轴瓦的轴衬宽度等措施来解决。

2.5 其他振動故障

除了以上四种常见故障外，发电厂汽轮机一般还会出现转子不对中、支撑松动、结构共振、转子裂纹等多种故障，在进行判断时，需要根据机组出现的现象、结合数据分析等进行综合判断。

3 结论

本文针对目前电厂汽轮机的几种典型振动故障进行了分析，包括质量不平衡故障、转子热弯曲故障、动静碰摩故障以及自激振动故障灯，说明了振动故障的成因、特点及解决方案，可以为类似振动故障的解决提供参考。

参考文献：

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[2]赵旭，吴峥峰，陆颂元.某汽轮机组动静碰磨非典型振动特征的分析与诊断[J].汽轮机技术，2009（06）：451-453.

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