汽轮机运行中的振动问题防治处理

苗 程

（华电龙口发电有限公司，山东 龙口 265700）

汽轮机设备的异常振动严重影响到设备的正常运行，严重时甚至出现振动过高而停机的现象，造成了巨大经济损失。汽轮机的振动问题受到很多因素的影响，通过深入分析汽轮机振动问题并进行防治处理，可有效提高汽轮机运行效率，保障电力稳定高效生产。

振动即指物体偏离原有位置，通过能量转换使其产生了一定的位移，一般情况下的振动并不会损害到汽轮机设备，不会影响到汽轮机的正常工作，但振动幅度超过某一范围时，就会影响到汽轮机设备的作业效率甚至造成停机磨损。产生振动的原因是多样的，在进行检修维护工作时要对汽轮机的振动幅度进行监测，控制在0.05 mm之内则可满足要求，否则会出现轴中心位置变化、发电机转子内冷水路出现堵塞或轴承磨损等汽轮机的异常振动情况，很容易产生汽轮机设备零件松动，造成内部摩擦磨损，从而缩短汽轮机设备的使用寿命[1]。

引起汽轮机设别振动的原因主要包括油膜失稳、受热膨胀不均匀、动静摩擦以及气流震荡等。

1）油膜失稳。油膜振动和半速涡动会引发汽轮机设备的振动现象，尤其是当发电机转子转速不足第一临界转速的一半时就会出现半速涡动现象，而且伴随着振动会一直持续到最高转速。因此在转子转速不断变化的过程中，这个涡动的频率也会随之变化，可以根据这一点对半速涡动现象进行判断，避免汽轮机振动现象发生[2]。

2）受热膨胀不均匀。引起这种现象的原因主要是因为气缸膨胀受阻或加热不均匀造成的，使得汽轮机设备转子中心出现偏差，轴承位置标高出现变化，产生了机械振动。

3）动静摩擦。汽轮机在持续运行状态下，随着动静间隙的不断减少，各零件之间的碰撞情况也就更容易产生，也就极易引起汽轮机设备的剧烈振动，甚至出现轴承的变形破坏掉整个轴承结构，造成汽轮机设备停机，引发更大的安全事故及经济损失。

4）气流震荡。为提高汽轮机设备的运行效率，通常会通过增大跨距来降低临界转速，而汽轮机运行转速与临界转速的差距增大时，汽轮机轴系统便会变得不稳定。在通流部分径向间隙出现转子弯曲，两侧间隙不同，轴径受到的切向力变大，从而使轴出现正向涡动现象。叶轮流通部的相互作用也会使得叶轮围带与汽轮机壳之间的间隙变大，导致轮带失稳磨损，进一步增大间隙以及切向力，也就产生了更大的振动。

3.1 汽轮机振动监测系统

为了对汽轮机的振动状态进行实时监测检修，必须建立完善的汽轮机振动监测系统。利用神经网络建立的汽轮机振动监测系统是一种计算机处理技术，通过数学模型对人脑神经系统进行模拟，来模仿人对信息的处理过程。工作人员在汽轮机机头部分以及易发生振动部分布设传感器等采集装置以及机械箱对振动信号进行采集，采集到的信号将存储于特定文件中，并将采集到的信号进行处理后依据故障特征进行振动原因诊断处理，从而对汽轮机出现振动的原因进行分析，进行后续检修工作[3]。

3.2 油膜失稳防护

在进行汽轮机设备设计时就应适当提高轴系稳定性以及系统阻尼，同时通过加强汽轮机的制造工艺技术来提高汽轮机的运行效率。汽轮机油膜失稳防护主要是通过加强对汽轮机设备的日常检修维护工作来实现，具体操作可以增大对比压以及负载，降低轴承宽度等。同时在提升汽轮机油温问题时可适当增大承载系数，降低润滑油的粘连效果，但这种方式会影响到油膜的厚度，造成油质老化等问题。

3.3 气流震荡防治

气流震荡问题是造成汽轮机设备振动的主要原因，因此为避免气流震荡带来的影响，在进行汽轮机设备制造过程中就应通过反旋涡技术手段来对流体的轴向运行过程进行干扰，达到提升流体失稳界限转速的效果。同时还可以通过对轴承外形进行重新设计来干扰汽轮机轴向旋流，降低切向力保证转子在更高速度下保持稳定，避免转子出现偏转。

3.4 其他问题的防治

对汽轮机设备的受热膨胀不均匀问题造成的振动进行处理，由于加热不均匀的原因主要是因为受热与加热期间的阻碍引起的，因此在使用汽轮机设备时就要做好预先检验工作，对汽轮机管道进行疏水清洗工作。当遇到金属气缸与再热压力间出现受力不稳问题时，应对故障原因进行检测，通过调整参数或间歇使用汽轮机设备来排除运行故障，同时应对汽轮机各零件的变形情况进行检测，以便做到故障零件的及时更替以及对运行参数进行对应调整。

对汽轮机动静摩擦引起的振动效果进行处理，主要是对汽轮机设备运行参数进行检测，一般汽轮机设备动静摩擦的产生都是在参数设置不合理情况下产生的。通过降低汽轮机的运行效率或对零部件的及时更换调整，来避免出现动静摩擦现象，还可以通过涂油脂等手段来增加零件间的润滑效果。

4.1 实际振动问题

汽轮机轴系瓦位位置如图1所示，在冲转时操作人员控制四个开度高调阀喷嘴同步进汽，在中压缸的下半左右侧接入了两个中压联合气阀，联合气阀的流量调节至30%以下时，再热器基本可以保持压力不变，而当流量调节至30%以上时，需下达全开指令，利用高压阀调节负荷。此时汽轮机在运行过程中出现了异常轴振现象，然后发生了跳机现象，通过初步检测发现轴系各处的轴振现象明显变多，而且中高压缸处的最大振幅超过了290μm。同时，轴振的不断增加也导致瓦振频率同步增大，而且振动频率与轴振基本相同。

图1 机组轴系高压布置示意图

4.2 振动原因及处理方案

1）依据故障数据分析。汽轮机设备发生轴振的原因很多，而且大都相互影响，因此必须对轴振发生的各原因进行分析并进行针对性处理。在汽轮机初始启动冲转时，高压缸轴承基本未发生改变，此时的轴系基本处于平衡状态，轴承保持良好的支承刚度。故障发生前，机组轴系与配汽均运行良好。因此，维修人员应找出非轴系引发故障的控制因素，通过检测发现，图1位置中3号瓦振运行期间为出现异常，因此故障位置出现在1号以及2号之间。

2）轴振故障原因分析。由于在高频运行下的故障与碰撞故障类似，在轴系出现故障时，转速基本处于临界状态，轴系极易受到外界干扰，此时出现的轴振也较为剧烈，这种现象在各大电厂中出现的频率也较高，严重影响到了汽轮机设备的平稳运行。

3）轴振处理方案。上述分析可以看出，动静叶片以及轴瓦碰撞是轴系发生异常的主要影响因素，在没有进行并网发电前，机组冲转起机造成了气缸膨胀堵塞，而且汽轮机在临界转速区域内的相互耦合使得振动频率增幅明显，极易出现跳机现象，从而造成机组的剧烈磨损，具体如图2所示。可以看出，1号和2号发生轴振而且运行过程也很不稳定，汽轮机机组在快速增加负荷阶段对第三阀进行了负荷调节，负荷频率的突变也增大了转子径向位移，也就导致了磨损现象的发生。因此汽轮机在实际运行过程中出现的磨损现象也就较为严重，此时通过电涡流传感器对动静部位的碰撞效果进行检测并进行定位。同时通过机械测振表对故障信号进行定位检测，发现了转子受热不均匀造成了转子的热弯曲现象，转轴也出现了较为严重的磨损。通过更换零件并涂抹油脂润滑，同时减缓汽轮机运行效率，动静摩擦现象得到有效缓解，汽轮机运行也更为平稳。

图2 并行后轴振动变化情况

汽轮机设备的平稳运行是电力工作稳定运行的关键，通过对振动问题进行分析并提出具体防治举措，才能保证汽轮机设备的平稳运行，保证电量的稳定供应，从而产生经济效益。

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