前言

汽輪機(jī)的振動大小,，是評價汽輪機(jī)組運行可靠性的重要指標(biāo)。對于高速轉(zhuǎn)動的汽輪機(jī)來說，微小的振動是不可避免的,，振動幅度不超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)屬于正常振動,。對汽輪機(jī)的運轉(zhuǎn)沒有影響，但是當(dāng)振動超過規(guī)定限值時,，對整個汽輪機(jī)組的運行是有害的,，表明機(jī)組內(nèi)部存在缺陷。本文所分析的就是這種振動過大的異常振動產(chǎn)生的原因和減小振動的方法,。

一,、汽輪機(jī)振動過大的危害

汽輪機(jī)組振動過大，會使機(jī)組內(nèi)部部件的連接松動,，基礎(chǔ)臺板和基礎(chǔ)之間的剛性連接削弱,，或使機(jī)組的動靜部分發(fā)生摩擦，造成轉(zhuǎn)子變形,、彎曲,、斷裂，甚至是葉片損壞,。當(dāng)機(jī)頭發(fā)生振動時,，可能直接導(dǎo)致危機(jī)保安器動作，造成停機(jī)事故,。當(dāng)汽輪機(jī)動靜葉片由于過大的振動而發(fā)生相對偏移時,，會造成高低壓端部軸封發(fā)生不正常磨損。低壓缸端軸封的磨損破壞軸封的密封作用,，使空氣被吸入負(fù)壓狀態(tài)下的低壓缸,，破壞凝汽器的真空，直接影響汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行,。高壓缸端軸封的破壞會使高壓缸的蒸汽大量向外泄露,，降低高壓缸做功能力，甚至?xí)疝D(zhuǎn)子發(fā)生局部熱彎曲,。泄露的高壓蒸汽如果進(jìn)入軸封系統(tǒng)的油檔中，使?jié)櫥蛢?nèi)混入水分,，造成油膜失穩(wěn),，也可能產(chǎn)生油膜振蕩，造成軸瓦烏金熔化,。當(dāng)過大的振動造成軸彎曲時,，可能使發(fā)電機(jī)滑環(huán)和電刷的磨損加劇、靜子槽楔松動,、絕緣被破壞,，造成發(fā)電機(jī)或勵磁機(jī)事故。當(dāng)過大的振動造成某些緊固螺絲松脫、斷裂時,，甚至?xí)斐烧麄€汽輪機(jī)組的報廢,。所以，消除異常振動,，是確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),。

二、汽輪機(jī)異常振動的原因分析與解決方法

汽輪機(jī)組負(fù)擔(dān)著將熱能轉(zhuǎn)化為電能的任務(wù),，由于其長時間運行,、關(guān)鍵部位長期磨損等特點，各種故障時常發(fā)生,，其中,，振動異常是汽輪機(jī)組常見故障中最頻繁的一種，嚴(yán)重影響了電廠的正常發(fā)電,。由于振動產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜,，汽輪機(jī)組的任何一個設(shè)備或者介質(zhì)的異常，都可能造成機(jī)組振動,，比如進(jìn)汽參數(shù),、疏水、油溫,、油質(zhì)等,。因此，想要解決汽輪機(jī)的異常振動,，針對導(dǎo)致異常振動的原因分析尤為重要,，只有查明原因，對癥維修,，才能最根本的解決問題,。

造成汽輪機(jī)組振動異常的主要原因有以下幾種：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲,、中心不正,、油膜自激振蕩、汽流激振等,。

2.1  轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動

轉(zhuǎn)子上的裝配部件在機(jī)械加工時,，內(nèi)孔與轉(zhuǎn)子中心不同心，或部件質(zhì)量對轉(zhuǎn)動中心不對稱,；轉(zhuǎn)子上的葉片,、拉金斷落或不對稱磨損；轉(zhuǎn)子鍛件在加工及處理過程中有過大的殘余變形,，引起轉(zhuǎn)子永久性撓曲,；在檢修時,，在轉(zhuǎn)子上進(jìn)行拆裝葉輪和葉片、更換聯(lián)軸器零件,、更換發(fā)電機(jī)線圈,、車削轉(zhuǎn)子軸頸或直軸等工作，都有可能造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪機(jī)振動異常的最主要原因,，70%以上的異常振動是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的，其特點是,，振幅與不平衡質(zhì)量成正比,，振動頻率等于轉(zhuǎn)子的振動頻率，波形為正弦波,，振幅及相位始終保持常數(shù),，而與負(fù)荷無關(guān)。

這類振動只需要找好平衡即可解決,。由于其發(fā)生概率高,，解決方便，在汽輪機(jī)組發(fā)生振動時,，應(yīng)成為首要分析對象,。

2.2  轉(zhuǎn)子彎曲

轉(zhuǎn)子彎曲引起的振動，由于彎曲的原因不同,，各自振動的變現(xiàn)特點也不同,。當(dāng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久彎曲而引起振動時，其特點與質(zhì)量不平衡時的振動情況相同,，在通過臨界轉(zhuǎn)速時振動幅值特別明顯地增大,；在汽輪機(jī)啟動、停機(jī)過程中,，由于加熱或冷卻不均勻而引起的彈性熱彎曲也會引起振動,。可以通過停機(jī)重啟或降低轉(zhuǎn)速,，延長暖機(jī)時間等方法,，待轉(zhuǎn)子溫度均勻后，熱彎曲消除,，即可消除振動,。但是，當(dāng)彎曲造成汽輪機(jī)動靜部分摩擦?xí)r,，如果摩擦力很大，將進(jìn)一步破壞轉(zhuǎn)子的平衡,，使摩擦增大,，形成惡性循環(huán)，振動波形紊亂，應(yīng)迅速停機(jī),，否則由于局部過熱可能造成轉(zhuǎn)子永久彎曲,；用有缺陷的材料來鍛造轉(zhuǎn)子，具有熱不穩(wěn)定性,。這種轉(zhuǎn)子隨著被加熱而出現(xiàn)彈性熱撓性變形,。由于熱不穩(wěn)定性而引起汽輪機(jī)振動，其幅值與負(fù)荷成正比,，振幅變化在時間上與負(fù)荷變化滯后1-3小時,。滯后時間取決于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和蒸汽參數(shù),；轉(zhuǎn)子裝配時,，可能由于葉輪與軸的配合不良、鍵在鍵槽中歪斜等原因產(chǎn)生撓性變形,，引起汽輪機(jī)振動,。這種振動常常因為多次啟停，造成配合削弱,，振幅與相位隨之變化,。

如果轉(zhuǎn)子由于溫度不均勻或裝配問題造成彎曲，可通過停機(jī)重啟,、降低轉(zhuǎn)速,、延長暖機(jī)時間、重新裝配等方法恢復(fù)的,，轉(zhuǎn)子可繼續(xù)使用,。如果轉(zhuǎn)子由于各種原因已經(jīng)產(chǎn)生了永久性彎曲，只有更換轉(zhuǎn)子才能消除振動,。所以,，在轉(zhuǎn)子制造時的材料監(jiān)督、裝配時的安裝精度以及啟停機(jī)時的轉(zhuǎn)速控制都應(yīng)尤為重視,，避免造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲,，影響正常生產(chǎn)。

2.3  中心不正

一種是轉(zhuǎn)子軸線中心不在一條直線上,。產(chǎn)生這種問題的原因除找中心的質(zhì)量不好之外,，還可能是汽缸熱膨脹受阻、蒸汽管道熱膨脹補償不足,。對于核電廠汽輪機(jī)的撓性轉(zhuǎn)軸,，兩軸線不同心會使聯(lián)軸器的磨損加速，表面摩擦系數(shù)增大,，導(dǎo)致?lián)闲月?lián)軸器無法起到補償調(diào)節(jié)的作用,。另一種是汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)兩個轉(zhuǎn)子之間聯(lián)軸器中心偏差過大或聯(lián)軸器有缺陷,。對于用撓性聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子，當(dāng)聯(lián)軸器有缺陷不能對中心自動調(diào)整時,，可能發(fā)生振動,。當(dāng)聯(lián)軸器耦合原件之間正常嚙合被破壞，從而導(dǎo)致傳遞扭矩在聯(lián)軸器周上分布不均勻時,，也會發(fā)生振動,。中心不正的振動特點是波形呈正弦波，振動的頻率等于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,，與機(jī)組的工況無關(guān),。由于轉(zhuǎn)子柔度與軸承油膜的彈性影響，只有靠近有缺陷聯(lián)軸器的軸承才會出現(xiàn)明顯的振動,。相鄰的兩個軸的振動相位相反,。

針對中心不正引起的振動解決方法主要靠檢修和安裝調(diào)試時的細(xì)心工作，從而保證汽輪機(jī)組的正常工作,。

2.4  油膜自激振蕩

油膜自激振蕩是汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸承油膜上高速旋轉(zhuǎn)時,，喪失動力穩(wěn)定性的結(jié)果。其特點是振蕩主頻約等于發(fā)電機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速,，且不隨轉(zhuǎn)速變化而變化,。

當(dāng)汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振蕩時，應(yīng)增加軸瓦比壓,，方法是縮短軸瓦長度,，即減小長徑比，或調(diào)整聯(lián)軸器中心,，保證熱態(tài)時各軸瓦負(fù)荷分配均勻,。

2.5  汽流激振

汽流激振有兩個主要特征：一，出現(xiàn)較大值的低頻分量,；二,，振動受運行參數(shù)影響明顯，且增大呈突發(fā)性,。其主要原因是由于葉片受到不均衡的汽流沖擊,。對于大型機(jī)組，由于末級較長,，汽體在葉片末端膨脹所產(chǎn)生的紊流也可能造成汽流激振,。同時，軸封也可能發(fā)生氣流激振現(xiàn)象,。

針對汽輪機(jī)組氣流激振的特點,，其故障分析要通過長時間的記錄機(jī)組的振動數(shù)據(jù)，做成成組的曲線,，觀察曲線的變化趨勢和范圍,。通過改變升降負(fù)荷速率,，觀察曲線的變化情況，最終有目的的改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時的高壓調(diào)速汽門的重疊特性,，消除汽流激振。也就是,，確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài),，采用降低負(fù)荷變化率和避開氣流激振的負(fù)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。

2.6  軸承的軸向振動

在測量汽輪機(jī)組振動過程中,，也會發(fā)現(xiàn)軸承軸向振動過大的現(xiàn)象,。其振動特點是頻率與轉(zhuǎn)速相同，軸向振動的幅值與轉(zhuǎn)子的撓曲程度成正比,，而各軸承的振動相位取決于轉(zhuǎn)子撓曲彈性線的形狀：在一階臨界轉(zhuǎn)速附近,，兩個軸承的軸向振動相位相反；在二階臨界轉(zhuǎn)速附近,，兩個軸承的軸向振動相位則相同,。由于情況比較特殊，將軸向振動歸為一種振動現(xiàn)象,。其主要原因有三種：一,、彎曲的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時，軸頸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),，軸頸在軸瓦內(nèi)的油膜承力中心沿軸向隨轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性變化,，從而引起軸承座軸向振動；二,、軸瓦受力中心與軸承座幾何中心不重合,；三、軸承座不穩(wěn)固,。撓性轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時,，將會使軸瓦及軸承座做相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，但軸承無法追隨軸頸的偏轉(zhuǎn)只能形成軸向振動,。

針對前兩種振動原因的解決方法,，前文中都有提到，在此不做復(fù)述,。對于軸承座不穩(wěn)固而引起的振動,，做到及時發(fā)現(xiàn)，及時加固即可解決,。

三,、振動的在線監(jiān)測

目前大型機(jī)組都裝有軸系監(jiān)測裝置，對振動進(jìn)行在線監(jiān)測,，為振動監(jiān)測及分析創(chuàng)造了良好的條件,。對于振動的在線監(jiān)測,，要做好記錄工作，以便在發(fā)生異常振動時進(jìn)行對比分析,，找出振動的原因,。如果在運行時發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動異常，應(yīng)馬上派人進(jìn)行現(xiàn)場測試,，如果振動確實超過了規(guī)定限值,，應(yīng)做到及時停機(jī)，防止對機(jī)組造成破壞,；對于未超過限值的振動異常增大,，要及時查找原因，并采取措施,，防止振動繼續(xù)增大,。如果在線監(jiān)測儀表未出現(xiàn)異常變化，但現(xiàn)場人員聽到汽輪機(jī)組有異常聲響時,，也應(yīng)進(jìn)行停機(jī)檢查,，防止葉片脫落或有異物進(jìn)去汽輪機(jī)，對汽輪機(jī)組造成破壞,。

四,、總結(jié)

振動產(chǎn)生的原因是十分復(fù)雜的，而且每個汽輪機(jī)組的情況也都不同,，因此需要針對每一個機(jī)組,，進(jìn)行一系列的試驗，找出振動的規(guī)律,，做好記錄工作,，結(jié)合運行與檢修時的資料，進(jìn)行綜合分析,，才能找到振動的原因,，加以消除。在生產(chǎn)運行中,，還必須做好振動監(jiān)測工作,。避免異常振動的發(fā)生，確保整個電廠的正常運行,。

END

來源于：中鋁山東熱電技術(shù)中心