汽轮机运行振动原因分析及对策研究

乔建兵

（大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

目前，电力工业发展迅速，能源工业发展最快的是热能。因此，需要对火电厂的发电设备进行定期监测和维护。在机械运行中，防止低振动是不可能的，只要振幅不超过一定范围，即可接受。使用汽轮机时，振动不可避免，在规定的总水平上不会发生损坏。但由于各种原因，汽轮机的振动可能超过一定范围，对汽轮机有害，损坏发动机。汽轮机的安全使用非常重要，汽轮机的异常振动表明汽轮发电机运行中存在安全隐患，汽轮发电机需要检查，本文分析汽轮机的振动原因及处理方法。

1 汽轮机振动特性分析

汽轮机是重要工业设备，其工作性质是高温、高压和高速。由于长期高速旋转，汽轮机装置经常出现故障，严重影响发电机装置的正常运行。汽轮机组的异常振动是汽轮机最复杂的误差之一，装置的振动往往受到多方面影响，如汽轮机装置的参数、径流参数、油温、油质的变化都会引起机组振动。因此必须分析汽轮机异常振动的原因。只有在已知条件下结合实际情况，分析汽轮机振动异常的原因，进行总结和讨论，决定汽轮机检修方法。如果设备初始启动速度超过其临界速度，则可以估计所携带振动的大小是否会导致故障。如果情况良好，一般可以断定涡轮转子和牵引齿轮转子处于平衡状态，拉伸器没有损坏。如果设备停止后转子平衡，应注意空载时空转速度必须为3000 r/min，并且转子的转数必须控制在安全范围内。可根据规定的标准调整到载体的垂直振动，原则上振动不变，可根据规定的15 m 标准调整到载体的垂直振动。若载荷为200 MW，原则上振动不变，若按91.5 m 调整，则需及时开关机。此时，转子报警比开机时大100%，在3 次尝试启动后气封数值依然在300以上，设备故障没有好转，必须停止设备运行。

2 汽轮机振动故障分析

汽轮机振动故障因素很多，设计、运行维护、生产水平、维护技术、安装工艺等，都会引起设备振动。

2.1 受当前技术的影响和限制

加工工艺或部件的精度要达到设计要求，特别是转子部件精度达不到规定要求时，导致在高低速稳定试验中不满足要求，出现离心力问题，以及与整个设备振动有关的故障。

2.2 安装工艺

对振动相关故障有直接影响。对设备的载荷、刚度、强度及安装现场要求进行复核，确保汽轮机运行合理，严格控制各部件之间距离，不得过大或过小。如果通道过大，很容易造成碰撞，否则会导致部件之间接触。在设备长期运行过程中，不同部件膨胀不可避免，耦合销系统也会出现问题。如果润滑油不起作用，装置就会变形，导致与振动相关的故障。

有效维护是防止汽轮机在使用过程中振动恶化的关键。如果工作不能顺利进行或不正确，会导致故障。如果涡轮排气管温度得不到有效控制，会影响设备精度，导致振动损失；如果润滑油形成油膜以及设备转动，也会影响转子稳定性。汽轮机出现故障和异常时，整个系统将不能正常工作。

2.3 油膜不稳定

汽轮机油膜失稳主要有半速涡流和油膜振荡等2 种类型。当转子转速低于2 倍第一临界转速时，通常会发生半速转捩。随着速度增加，这种情况会以较低速度发生。一般来说，这种振动会在最大转速下持续，或在转子转速达到一定值时消失。检测半速旋转的最有效方法是级联图。此外，低频功能也可以通过示波图或沿轴心轨迹看到。

2.4 气流振动

不同的气流振荡原因也不同，首先是上层空间的振荡。由于蒸汽轮机的效率和性能，热机设计师应采用最小和逐步的方法。步进数的变化将使参考转子范围变长，临界转速降低，工作转速的增加将使工作转速与临界转速的比值增大，导致轴的稳定性降低。间隙过大可导致上下部热压力差增加，切向力作用在转子上，使转子旋转。

其次，要考虑转子电流的相互作用。转子和转子外壳的差别很大，只要转速超过参考频率2.5 倍，就会发生失稳。若保持这样的高频率运行则会磨损静环，活塞发动机密封的流动产生非常高的接触力，磨损导致排气口密封间隙的增加将进一步增加流入密封的气流接触力，导致严重振动。平衡力在汽轮机转子动稳定中起着重要作用，如果平衡力破坏就会导致静环磨损。通常，只有高参数的高压转子才会被搅动。涡激振动时，随着振幅增大，涡激振动逐渐接近高偏心，自振频率接近转子横向振动的固有频率。为评估这种现象，需要安装一个振动模式测试探针，监测转子振动幅度。

2.5 不稳定扩大

不均匀膨胀引起的振动主要是由于气缸膨胀受阻或加温不规则引起。在这段时间内，涡轮机座的位置会发生变化，导致转子中心移动，引起机械振动。这种振动的原因主要有以下2 种。

（1）汽轮机设备启动时不顺畅。一部分启动能量被送去从主蒸汽管道或汽轮机本体的排气部分排出，由于高位蒸汽的作用，金属在运行过程中发生热变形，导致摩擦不均，引起振动。

（2）温度控制。如果进入汽轮机蒸汽的温度不稳定，就会导致转子不均匀受热，造成转子变形，形成转子和气缸间的不均匀膨胀，导致振动。

2.6 静摩擦和动摩擦

近年来，对汽轮机可靠性的要求越来越高，动静间隙越来越小，摩擦可能性越来越大，长期静摩擦会使汽轮机产生持续振动。使得轴永久弯曲，整个轴系都可能受到损坏，造成严重经济损失。

3 汽轮机振动故障处理措施

由于汽轮机运行过程中经常因振动而发生故障，设备不能正常运行。为此，技术人员可以根据现场实际情况深入分析问题，采取有效措施。

3.1 检查刚度

工程师可以收集和整理汽轮机资料，并与标准资料进行比较，另外，负荷试验和加载单元是保证设备配置的必要条件，必须提高设备正常运行的可能性，消除振动有关的缺陷。新安装的设备必须在没有负载和负载情况下使用。以正常方式生产和加工设备，填料函密封系统、密封系统和试验结果均符合标准。

3.2 智能检测设备

设备正确运行和安装能有效防止汽轮机振动相关故障，设备必须安装必要的监测点，以便实时检测振动并报告异常时间点。必须妥善组织技术人员处理，防止问题升级，造成更严重影响。

3.3 防振设备安装

如上所述，在检测到异常振动条件后安装智能监测装置可提供报警信息。报警指令是让技术人员在紧急情况下自动关闭电路，停止设备运行。在此过程中，现场人员还应采取紧急措施，为保障机组设备安全，还可以安装智能监控保护设备，提高设备使用质量和效率。

3.4 提高机组膨胀和温度的措施

机组的膨胀由多种原因造成，从成型角度看，原因可分膨胀不均匀、温度不稳定的故障。因此，为避免机组故障，可定期检查、维修和更换顶升系统。操作汽轮机设备前，有必要提供均匀的预热，使汽缸保持温度。还需要监测润滑油温度、轴封温度和排气蒸汽温度。如果发现温度不符合操作要求，必须及时采取相应措施，建立自动温控系统。

3.5 油膜振动的处理措施

通过总结大量实践经验，分析资料，总结出处理油膜振动的具体措施：①适当提高数据值；②尽量减小垫层之间距离，能很好地控制振动的频率和强度；③尽量减小载体夹角。然后根据实际需要选择润滑油。在强度冲击情况下，应使用低黏度润滑油。另外，振动主要是由于各部件受力不均导致受力异常，不平衡受力导致设备在高速转动的过程中偏离中心，要根据实际情况灵活选择维修措施。

3.6 蒸汽流振动故障的产生

处理气流引起的异常振动非常困难。一般来说，为提高处理误差的能力和误差响应措施的质量，有必要深入分析和研究汽轮机的振动现象和强度。必须编制至少1 年的振动和运行数据，使其成为数据曲线。分析数据曲线的变化和幅度，最终确定气流强度的分布。降低负荷变化速度，避免负荷变化过快导致汽流异常产生振动。

3.7 消除转子热弯曲故障的措施

转子在工作一定时间或较长时间后，由于温度过高，容易产生电流振动而变形，目前没有更好的方法来处理这种现象，主要措施是更换转子。

3.8 摩擦振动频率

汽轮机运行一段时间，会导致局部磨损，因此需要定期检查。如果发现严重摩擦，必须及时采取措施加以制止，这样可以提前预防，不仅可以降低机械维修成本，而且可以延长汽轮机使用寿命。

4 结束语

引起汽轮机振动的因素很多，几乎所有误差都会反映在汽轮机振动的不同程度。目前，我国振动诊断的准确率相对较低，振动诊断的方法主要是从直观角度进行研究，但准确度的高低对诊断方面的影响目前还不太受重视。要更好地评估各种故障的振动机理，了解设备各方面信息，透彻分析设备情况，提高原因评估的准确性，更好地为生产服务。振动故障严重影响火电厂设备的正常运行，通过分析火电厂汽轮机振动故障的原因及处理方法，提出相应维修措施。正常操作中不可避免地会出现振动误差。只有采取有效措施，降低汽轮机振动的发生频率。因此，要加强维护管理，做好检查工作，消除振动隐患，减少汽轮机设备因问题引起的损坏，解决问题，确保设备稳定安全使用。