火力发电厂汽轮机振动浅析

火力发电厂汽轮机振动浅析

王国星

河北蔚州能源综合开发有限公司河北张家口075000

摘要：汽轮发电机组的大部分事故，尤其是比较严重的设备损坏事故，都在一定程度上表现出某种异常振动。国内外发生的严重毁机事故，很大一部分是由于机组的振动所造成的，而且在毁机的过程中都毫不例外地表现出剧烈的振动。

关键词：振动；汽轮机

电力是国民经济建设的能源物质基础，电力企业必须坚持“安全第一，预防为主”的方针，这是电力工业生产特征所决定的。汽轮发电机组运行的可靠性，在很大程度上可以认为取决于机组的振动状态。经验证明，汽轮发电机组的大部分事故，尤其是比较严重的设备损坏事故，都在一定程度上表现出某种异常振动。

一振动的危害

汽轮发电机组振动过大的危害主要表现在对设备和人身两个方面。对设备的危害主要表现在以下几个方面。

1动静部分摩擦

随着机组容量和参数的提高，为提高效率汽轮机通流部分间隙，尤其是径向间隙要求较小，再加上热膨胀和热变形的影响，通流间隙在运行中还会进一步减小。因此，在机组振动过大时，就会发生动静部分摩擦，如果处理不当，还会引起风挡大轴弯曲、设备损坏等重大事故。发电机组的过大振动，还会引起风挡等动静部件的摩擦损伤。

2加速一些零部件的摩损

机组过大的振动将会加速蜗轮、蜗杆、活动式联轴器、轴瓦、发电机转子滑坏、励磁机整流子、发电机密度封瓦以及滑销系统的摩损。不但降低了这些零部件的使用寿命，而且还会诱发其他的故障。

3造成一些部件的疲劳损坏

振动过大造成疲劳损坏的部件主要表现为轴瓦和发电机密封瓦乌金的脱胎和碎裂，过大的振动还会通过大轴传到叶轮、叶片，并加速这些零部件的疲劳损坏。

4造成紧固件的断裂和松脱

振动造成轴承座地脚螺栓断裂和一些零部件的松动以致脱落，并进一步加大机组振动，从而引起恶性循环，以致造成严重地设备损坏。

5损坏基础和周围的建筑物

振动过大千万基础裂纹、二次灌浆松裂等事例是现场经常发生的，有时机组的振动还会传递到附近的建筑物或引起共振，造成建筑物的损坏。

6直接或间接造成设备事故

机组过大的振动会引起危害保安器和其他保护设备的误会动作，造成掉闸停机；过大的振动还会造成铁芯片间和线圈绕组绝缘损坏，造成接地或短路被迫停机，对于冷水的发电机组，由于振动引起水管的断裂漏水的事故也是比较常见的。

7降低机组的经济性

过大的振动，造成汽封等通流部分间隙加大，阻汽片的磨损，使漏汽损失增加，显然会降低机组运行的经济性。而汽封和通流部分的径向间隙，在很大程度上取决于机组的振动状态。

二现场常见的振动现象及其原因

汽轮发电机组的振动按激振能源的不同，可分为强迫振动和自激振动两大类。

1强迫振动

引起汽轮发电机组强迫振动的因素，主要有以下几个方面：

（1）转子质量不平衡所引起的振动主要特点是振动频率和转子转速一致，振动波形为正弦波。如不考虑临界转速和转子挠曲的影响，振幅的大小可以看作和转速的平方成正比。

对于挠性转子，由于叶片断落等原因造成的转子不平衡，在工作转速下的振动变化有时不够明显，而在临界转速附近则表现得非常突出。

（2）转子中心不正

所谓转子的中心，主要指相邻两轴的同心度和倾斜度。转子中心变化所产生的振动主频率主要为转速的两倍频，但也有转速的同频分量，振动幅值与负荷大小和不对中程度有一定关系。

（3）汽轮机膨胀受阻

汽轮机膨胀受阻时，将引起各轴承之间的位置标高发生变化，导致转子中心破坏。同时还会改变轴承座与台板之间的接触状态，从而减弱了轴承座的支承刚度。有时还会引起动静摩擦，造成转子新的来平衡。

（4）电磁干扰引起的振动，主要是发电机转子与静子之间磁场分布不均造成的。例如转子的匝间短路，转子与静子之间空气间隙不均匀分布，都会引起机组振动。这类振动的主要特点是转子在某一频率振动时，将会引起静子的倍频振动。

（5）支承刚度不足和共振

振动系统的支承刚度不足所引起的振动，其特点与转子质量平衡所产生的振动相似，但有时会出现高次谐波。支承刚度下降通常是由于轴承座与台板，轴承座与汽缸，台板与基础之间的连接松动造成的。

（6）轴瓦松动

轴瓦因安装时紧力不足或经受长期的振动后，会产生在洼窝中松动的现象。这不仅造成轴承振动的增加，同时还伴有较高的的噪声。

（7）热不平衡

有不少汽轮发电机组的振动随着转子的受热状态发生变化，即当转子温度升高时，振动增大。其原因是由于转子沿横截面方向受到了不均匀的加热和冷却、膨胀不均匀等，使转子产生了沿圆周方向的不规则变形。

1.8转子出现裂纹

当转子出现裂纹时，该裂纹就可能从转子的表面向纵深扩展，最终结果将带来灾难灾难性的损坏。

2自激振动

自激振动又称为负阻尼振动，也就是说由振动本身运动所产生的阻力非但不阻止运动，反而将进一步加剧这促振动。因此一旦有一个初始振动，不需要外界向振动系统输送能量，振动即能保持下去。所以这促振动与外界激励无关，完全是自己激励自己，故称之为自激振动。

轴瓦自激振动，即轴颈和轴瓦润滑油膜之间发生的自激振动，分为半速涡动和油膜振荡。

当转子第一临界转速高于2分之一工作转速时所发生的轴瓦自激振动，其振动频率约等于工作转速相应频率之半，故称为半速涡动。

当汽轮发电机转速高于两倍转子第一临界转速时发生的轴瓦自激振动，通常称为油膜振荡。只有转子第一临界转速度低于2分之一工作转速时，才会发生油膜振荡现象。

三运行中注意的问题及采取的措施

对于现有的汽轮发电机组来说，已经完全具备完善的监控手段。现场运行工作要根据具体情况和已往汽轮发电机组振动的经验教训，做好以下几方面的工作：

（1）首先要求运行人员比较熟悉地掌握有关机组振动的基本知识，能够及时地分析判断机组起动、运行和事故处理中发生异常振动的可能原因，并能够及时的采取有效的处理措施。

运行人员还应熟悉汽轮发电机组轴系的每个临界转速和每个轴承的振动情况，注意不要把机组的异常振动误认为是临界转速。

（2）运行人员在巡回检查中要注意检查机组的振动情况，注意积累经验。一个经验丰富的运行人员，凭感觉就能够发现0.01-0.02mm的振动变化。正常运行时，每班至少应测量一次各轴承三个方向的的振动，并记入专用的记录簿中；如发现振动有异常变化时，应用采取必要的措施。

振动记录本，应由发电部技术负责人保管，并建立振动管理技术台帐，定期地对每台机组的振动情况进行分析检查。

（3）运行现场应配备性能符合要求的携带式振动表计，并定期进行校检。对容量较大的机组，最好能配备一台专用的携带式测振表计。测量振动应按规定的部位（最好作出记号）由专人进行。

在机组起动时应做到以下几个方面：

1）一定要具备合乎要求的测振表计，否则汽轮机不应起动。

2）冲转前大轴晃动度、上下汽缸温差、相对胀差、蒸汽参数应符合要求，否则禁止冲动转子。

3)合理地选择稳定暧机转速，稳定暧机转速应在避开各阶临界转速的振动不灵敏转速区进行。每台机组的不灵敏转速可通过试验来确定。

4)在机组升速过程中突然发生异常振动（较常见的原因是转子平衡恶化或自激振荡）时应注意检查叶片等转动部件有无损坏的象征，或有无水冲击油膜振荡等象征。当机组振动突然增大到规定的数值时，要果断地采取相应的措施。

5)建立健全机组振动技术台帐，对振动的测量记录、处理机组振动所采取的技术措施（如转子的动平衡、轴瓦的间隙、紧力、结构尺过的改变、换将叶片以及转轴校直等可能影响转子平衡状态的有关检修项目），详细地汇集存档，以便机振动的分析诊断。

结论

在今后的工作中，在加强运行人员的职责同时，改造监视系统，提高检修技术水平。严格控制机组各项参数符合规定，认真仔细的提高检修质量，确保各处间隙值。确保机组安全经济可靠的运行，为我国经济的发展，国防的建设，人民生活水平的提高作出积极的贡献。

参考文献：

[1]郑体宽编《热力发电厂》…中国电力出版社。

[2]山西省电力工业局编《汽轮机设备运行》…中国电力出版社。

[3]重庆大学，西安交通大学，东南大学，华北电力学院合编《汽轮机原理》…中国电力出版社。