电厂汽轮机组振动问题研究与处理措施

电厂汽轮机组振动问题研究与处理措施

刘欢

通辽盛发热电有限责任公司 内蒙古 028000

摘要：在汽轮机的发展过程中，随着对于电能需求量的不断增大，使得汽轮机稳定性难以达到预期的标准，出现了振动明显的问题，长期的剧烈振动会导致安全事故的发生，所以需要对产生剧烈振动的原因进行深入分析和探究。

关键词：汽轮机；振动管理；问题分析；措施研究

1设备概述

1.1设备结构

某热电厂汽机联合装置的6号汽轮发电机组为CC100—8.83/3.8/1.47型双缸、双排汽、双抽汽、冷凝式汽轮机，额定负荷100MW，额定转速3000r/min。汽缸分为高中压缸和低压缸两部分，高中压缸是单层结构，内部装了高压喷嘴室、中压喷嘴室、四级持环、平衡活塞汽封和前后汽封等套；低压缸为双层缸结构，有外缸和内缸，通流部分内装有左右各六级压力级。在高中压缸和低压缸之间由两根有柔性补偿能力的联通管连接。机组轴系共有5套径向支撑轴承，其中高压转子为单支撑结构，排汽端通过刚性联轴器由2#瓦提供支撑。

机组在每个轴承上配置X、Y两个涡流传感器，监测转子的相对振动，信号经汽轮机监视系统(TSI)输入到振动分析仪进行分析诊断。

1.2检修后设备的运行情况

6号机组于2020年进行过大修，在大修期间将低压转子返上海汽轮机厂进行末级叶片更新，即将原来水蚀严重的叶片更换为耐水蚀叶片。更换叶片后，低压转子进行了高速动平衡试验，合格后安装至原机组。大修后机组启动冲转，升速过程中振动报警。该机组运行中的振动标准为：X向与Y向的振动报警值为127μm，保护动作值为254μm,3号轴承X向和Y向轴承振动超报警值。在运行中对各工况点进行调整、试验，3号轴承X向振动稳定在130μm左右，3号轴承Y向振动稳定在150μm左右，就地测量各轴承座垂直、水平、轴向振动均在50μm以下。

2汽轮机组轴承振动超标原因分析

2.1时域信号和频域信号的处理

信号的处理与分析是进行旋转机械状态监测与故障诊断的前提与基础。由振动传感器输出的模拟电信号，尽管可以直接提供一些信息，但往往十分有限，必须经过适当的加工处理，才能表现出可供分析的特征信息。

信号的频域特性有着具体的物理意义。振动信号的频域分析比时域分析更能揭示出各种振动故障的基本特性。因此，通常需要将振动信号的时域信号(即信号是时间变量的函数)通过数学处理的方法变换为频域信号(即信号以频率为独立变量)，然后进行分析，这种方法称为频谱分析。

对振动信号进行时域、频域变换所使用的数学处理方法是快速傅里叶变换技术(FFT)。FFT通过计算机微处理器将测量到的时域振动信号转换成频域信号，从而使组成总振动的各个频率的振动分量变得一目了然，便于查找振动原因。通频振动是由各频率振动分量相互叠加而成的总振动，振动波形是复杂的波形。选频振动是经过FFT快速傅里叶变换技术从通频振动时域信号中所分解出来的、振动波形是单一正弦波的、某一确定频率的振动，如工频、2倍频、0.5倍频等等。

2.2不平衡引起振动的机理及诊断

2.2.1旋转机械不平衡引发故障的种类

转子不平衡按发生过程可以分为初始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡。其中，初始不平衡是由制造误差、装配误差、材质不均匀、动平衡不当等原因造成的，其表现为初次开车时振动就较大；渐发性不平衡是由介质对转子的不均匀性结垢、腐蚀、冲刷以及转子的磨损等原因造成的，其表现为振动值随运行时间的延长而逐步缓慢增大；突发性不平衡则是由转子上零部件损坏后脱落或异物进入后卡死附着等原因所造成的，其表现为振动值突然显著增大后又有所降低，然后大致停留在一个比原振动值高的新水平上，在转速不变的情况下振动值或缓慢上升，或保持恒定不变。

2.2.2旋转机械不平衡故障的诊断

旋转机械不平衡引起的振动信号主要有以下特征：

①通频时域波形图为近似的等幅正弦波；

②频谱图上，工频成分为主，其他频率成分相对较少；

③轴心轨迹图为一个稳定的、长短轴相差不大的椭圆；

④工频趋势图上，初始不平衡时初次开车后振动值就大，渐发性不平衡时振动值逐步缓慢增大(其间有时可能有所降低)，相位同时产生较小的相应变化，突发性不平衡时振幅突然显著增大、相位也同时突变；

⑤旋转方向上(径向)各点的振动存在相位差。

2.3汽轮机组振动异常原因分析

2.3.1振动信号特征

1. 波形图近似为等幅正弦波(以3X振动为例)，额定转速带负荷运行情况下振动平稳。

(2)振动频谱分析，主要成分是工频(以3X振动为例)。

(3)振动随转速变化特征明显，在900r/min时，相频图中相位发生急剧变化，表明此处有明显临界点，低转速振动很小，在1000r/min前，振动幅值仅约为20μm。

(4)停机过程从瀑布图看，在每个转速下，振动的主要频率均为工频。

2.3.2机组振动原因分析

从实测振动数据看，振动的波形图为近似正弦波；振动频谱单一，基本为工频；振幅随转速变化而改变的特征明显，在低转速时振动很小，以上情况符合转子初始质量不平衡特征，从而确定该机组振动为转子初始质量不平衡类型。

该机组在大修前振动水平良好，最近一次大修时低压转子换过叶片，做过低压转子的高速动平衡试验，且残余不平衡量符合要求。而发电机转子没有做过动平衡，所以初步分析为低压转子的残余不平衡量方向与发电机转子的残余不平衡量为同一侧，导致振动偏大。

3汽轮机改进措施的制定、实施和效果

转子初始质量不平衡，需在转子上安装重块抵消初始质量不平衡。6号汽轮发电机组轴系由3根转子组成，不具备在平衡机上进行动平衡的条件，因此需要开展现场动平衡。根据制造厂资料，低压转子第1阶临界转速为1940r/min，至3000转时其实已主要受第二阶临界的影响，因此按反对称方式加重。

第一次冲转后，2号轴承的振动有明显下降，3号轴承的振动无明显改善。经重新核算，在机组停机冷却后进行第二次加重，加重调整后冲转，转速均为3000r/min。该机组3号轴承的轴振有明显下降，所有轴承振动已达到合格水平，达到了现场动平衡降低机组振动的目的。

4提高汽轮机运行效果的措施分析

4.1增强维护人员的专业技能

电厂汽轮机故障的及时处理与相关维护人员的专业技能、素质息息相关，要想及时有效地预防和处理电厂汽轮机的各种隐患与故障，电厂必须制定企业战略性发展计划，对维护人员进行定期的专业知识培训和职业技能培养，全面提升维护人员的综合维护管理能力，从而达到及时排除汽轮机故障的目的。

4.2提升设备易损部位的监控

易损零件是诱发电厂汽轮机故障产生的重要因素，决定着电厂汽轮机的安全运行与事故风险。因此，需要对汽轮机零件的整体质量管理工作进行强化，要有效覆盖到汽轮机易损部位，着重对易损件的性能与质量进行检测；同时，制定详细全面的检测、更换、维护方案，并建立易损件生命周期，这样才能确保汽轮机运行的安全性与效率，实现汽轮机关键部件的全面监控管理。

4.3完善维护工作的科学管理

维护工作的科学管理应全面覆盖维护过程与维护细节，重点是对安装过程、运行环节和项目系统的总体控制，树立科学管理意识和全面质量意识，制定适用于电厂的汽轮机维护标准，从科学管理的角度建立相应的标准化程序，以提高电厂汽轮机的效率和安全。

5结束语

综上所述，汽轮机组振动问题对整体汽轮机运行产生重要影响，为了不断提高运行稳定性，管理人员需要提升设备易损部位的监控，完善维护工作的科学管理效果，帮助我国火电厂企业经济效益不断提升。

参考文献：

1. 王有利.大型火电厂汽轮机轴承振大原因分析及处理措施[J].中国设备工程,2020,000(005):141-142.

2. 冯世春.大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因及处理措施探讨[J].华东科技（综合）,2020,000(002):P.1-1.

3. 王立业.研究电厂汽轮机振动大的原因和解决路径[J].百科论坛电子杂志,2019,000(021):249-250.