汽轮机震动的原因及处理分析

汽轮机震动的原因及处理分析

李新

中国能源建设集团山西电力建设有限公司 , 山西省太原 :030000

摘要：随着社会发展，人们对各行业领域的要求提供。其中，汽轮机发电系统是热电厂最主要的设备，汽轮机震动超出规定值时，将会对机组造成不同程度的损害，因此，针对震动对汽轮机的危害以及振动的原因进行了研究，通过研究结果制定出了解决震动的相应措施，最终达到保证热电厂汽轮机能够正常运行的目的。

关键词：汽轮机组；震动机理；处理分析

引言

机器设备在运转的同时，安全首先排在首位，就目前而言，对故障检测提出了更高的要求。统计表明，使用故障诊断系统的旋转动力设备的事故率大大降低，维护成本可降低约30%，从中不难看出，新科技新技术的投入与使用，对于提高效率，保证设备安全平稳运行起到关键作用。伴随机器设备越来越精密化、科学化，汽轮机的流动部分会在高压高温，以及高速烦琐的运行条件下工作，这就导致哪怕一点细微的异常，也会导致事故的发生随着蒸汽轮机和相应单元系统的复杂性逐渐增加，常规的检测模式已经无法满足当下设备故障诊断的步伐。

1汽轮机运行振动的危害

（1）汽轮机热经济性降低。汽封间隙量与汽轮机热经济性之间有直接关联。汽轮机振动过大会导致汽封间隙变大，造成汽轮机热经济性降低。（2）造成动静部分和支撑部件损坏。在机组异常振动情况下，动静部分发生摩擦，造成端部轴封磨损。此外，过大的振动也会造成叶片、叶轮和密封瓦等部件出现疲劳，导致轴瓦乌金龟裂。（3）造成连接部件松动。当汽轮机发生异常振动时，会引发汽轮机的轴承、主油泵和涡轮等部件发生共振现象，造成连接螺栓松动、地脚螺栓断裂，最终机组发生故障。

2汽轮机运行过程中出现的问题

2.1由于运行过程机组旋转中心偏离导致震动

1）汽轮机在启动的时候，如果暖机的时间不足，负载增加或者升速过快，将会导致气缸热膨胀或者系统调节不均，使得气缸无法自由膨胀，使转子与气缸产生变形，导致工作中产生震动。2）汽轮机在工作过程中，如果真空下降，会造成排气的温度过高，机组后轴承将抬高，最终机组旋转中心发生偏差引发震动。3）汽轮机在进行大修后，其靠背轮的安装不正确，即中心位置不准，从而在工作时发生震动，并且，震动会随着负荷的不断增加，震动也随之增大。4）当汽轮机在进气温度过高情况下工作时，其气缸与机组膨胀会变大，轴封会抬起等，这些情况会导致机组的轴向出现位移，从而造成震动。5）当机组转子由于各种原因导致气缸同心度发生偏移，机组运行时会出现间歇性震动。

2.2转子质量不平衡

汽轮机转子质量不平衡的特征有很多。导致转子质量不平衡的原因有很多，综合来看，主要原因如下。（1）热弯曲。当转子发生热弯曲后，其转速会下降。当下降到临界值时再启动，就会产生更大振幅，从而出现汽轮机振动。转子在不同状态下的波特图能够帮助判断是否发生热弯曲。此外，转子材料的热应力、气缸进水等原因都会使转子发生热弯曲。（2）原始性不平衡。该类不平衡在转子转动前就存在，在加工或者检修过程中遗留下来的，其特征是振幅和相位受其他参数影响不大，振动特征较稳定。（3）零部件的松动、飞脱。转子上可能发生飞脱、松动的零部件有平衡质量块、叶片和护环等。当零部件发生飞脱时，振幅呈突发性的变动，迅速增大到某一固定值。此外，当机组带有负荷时比较容易发生这类故障。

3针对机组震动所采取的措施

3.1制定相应检测措施

安装相应震动检测装置，实时检测机组运行过程中震动的情况，如果震动幅值超过规定，检测装置将发出报警，提醒工作人员采取措施，防止发生重大事故。要加大震动的监控，要将监测震动常态化与制度化，要达到震动幅值超出规定前，能够及时将汽轮机停机，防止事故的扩大。

3.2旋转机械不平衡故障的诊断

(1)旋转机械不平衡引起的振动信号特征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)不平衡故障与其他原因故障的信号区分由于不平衡故障的特征频率是工频，而旋转机械主要振动频率成分是工频的各类故障，有很多，因此单凭工频成分这一特征是无法做出转子不平衡结论的，这就需要结合方向性、转速、相位等因素进行区分。①弯曲类故障:弯曲类与不平衡的主要区别是弯曲类振动还存在较大的轴向工频振动。此外，转速变化时，永久性弯曲相位不变，临时性弯曲相位变化不明显;角度不对中时，联轴器两侧径向振动相位相同。②偏心类故障:如轴承偏心、转动部件偏心、电机气隙不均等，与不平衡的主要区别是偏心类振动振幅值随负荷而变化，对转速变化不敏感。③变形类故障:如机壳、支座、基础的变形、松动、裂纹等。此类振动的工频幅值与负荷、转速的关系均不明显。变形类故障使机组的支撑刚度在某一方向上明显削弱，因此，相关各点的振动均在此方向上明显较大、相位一致;而不平衡引起的振动，同一轴承的不同测点和两端轴承的同方向测点都存在相位差。④共振类故障:如基础共振、工作转速在临界转速区等。基础共振使机组各点都以同一频率、同一相位进行振动，而不平衡造成的振动各点都存在相位差。

3.3工频突出

变更设计，重新安装限位管道。在两速关阀的下方中间加装水平方向的限位架，抵抗超高压蒸汽的动能，减弱冲击汽轮机缸体力矩,重新对中复位入口管道法兰。调整外缸下部的定位搭子，使前外汽封四周间隙均匀符合要求。复查机组轴对中状态。完成机组所有检修后，再次启动汽轮机测试相关性能,随着操作逐渐提高转速，振动值也逐渐上升,最终在振动接近高跳车时手动拍停汽轮机。停机检查，对比各猫抓处百分表的数据，缸体偏移量减小，主要差值是热胀量,判断入口管道的重新限位起了作用。但是,非驱端轴承箱里，转轴前端的跳动值达到0.16mm，轴前瓦附近有一定弯曲,同时启机时挂的频谱分析仪显示汽轮机的一倍频最高。这也是转子弯曲或碰擦产生不平衡力的频谱特征。由于受到冲击和一些非线性因素的影响，出现了少量的分频和高频分量。倍频也是在多转速下均出现，说明整个汽轮机运行过程中，这一不平衡力一直存在。随着转速的升高，不平衡量加大。带有少量的半倍频，可能是前轴瓦油膜被转轴前端弯曲度影响破坏而形成。综合第一次启机被忽略的一声异响，汽轮机在第一次启机的过程中可能受管线影响，缸体移动。转子有与缸体碰擦至弯曲的可能。

结语

汽轮机发生震动危害巨大，它不仅降低机组寿命，严重影响正常供电，甚至会造成汽轮机报废。所以，采取合理、科学的方法与措施，减少、避免机组出现震动。新机接收前，要对机组进行各项震动测试，必须合格以后再进行装机运行。在机组运行生产中，监测震动要实施常态化与制度化，要严格控制、监测机组震动情况，要对产生的震动原因实行科学化的分析，确保汽轮机正常运行。

参考文献

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