浅谈轮机振动原因

浅谈轮机振动原因

赵志文

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司

 摘要：为了保证城市经济实力的快速发展和居民生活水平的提高，以及城市居民的用电稳定性，加强汽轮机的日常维护和定期保养，保障城市的正常供电已经成为城市火力发电厂相关部门的重要任务。本文对电厂汽轮机组发生振动异常的现象做了分析，找到了事故发生的真正原因并作出了一系列的事故处理措施，防止了事故扩大，使设备正常运行得到了有力保障。

        关键词：汽轮机；振动；原因分析

1、设计制造对汽轮机振动的影响

        汽轮机发动机转子是一个高速转动的机械设备，这就对发动机的转子有很大的要求，如果转子的质心和旋转的中心不重合，就会因为重心不稳，使转子不平衡，因而会产生一定程度的离心力，这个离心力会对转轴产生振动力从而使汽轮机发生振动，若果离心力较大，汽轮机的振动幅度会随之增大，当增大到一定程度时会超过标准振动值，从而引起异常振动，对汽轮机设备造成损害。因此，汽轮机发动机的转子在开发时每装配一个叶片都会对其质量和重心进行严格的检查和测试，在整个汽轮机装配完成之后，还会对转子的转速和转动稳定性进行检查，以保证转子质量控制在标准范围内[1]。

        在工厂进行生产制造汽轮机的过程中，出现汽轮机发动机转子质量失衡现象的最主要原因就是机器制造的精确度低以及装配过程质量把控不到位。因此必须提高转子加工的精确度，同时严格把控装配质量，动平衡试验必须合格，才能保证生产出较为标准的汽轮机转子。另一个方面，汽轮机机组的设计是否得当和汽轮机是否会出现异常振动有着深切的关联。在设计汽轮机机组过程中，转轴的选取若是不合理，会因为转轴的质量不均衡，汽轮机发动机转子的承受力会出现不平衡现象，从而导致机组发生大幅度的振动，影响工程的正常运行。

2、装配和整修过程对汽轮机振动的影响

        汽轮机发电机在安装和检修过程中对安装质量有着严格的要求，若是在过程中发生些许的不慎，都会引起汽轮机异常振动。通过对多起汽轮机异常振动的事件进行分析，发现大多数的汽轮机发电机的转轴振动幅度过大都是因为在装配和检修过程中出现纰漏。

        2.1轴系中心的要求

  机组的中心一般是由转子与静子的重心度、支撑转子的轴承的标高、各轴连接的同心度。若转子与静子的相对重心出现的偏差较大，就会引起气流的不对称激振、电磁波的无规律振动，此时若是出现转叶的摩擦，就会使转子的温度升高，从而出现转叶变形扭曲引起不稳定的汽轮机振动，导致机器工作异常。

        2.2动静之间的间隙

        汽轮机的转子和机器汽缸、转轴之间以及发电机和静子之间都会存在一定大小的间隙。当汽轮机的转子和汽缸之间的间隙超过标准间隙值时，汽轮机的工作效率会大大降低；当汽轮机的发电机和转轴之间的间隙过小时可能会引起动、静部件之间的碰磨。因此出厂前必须经过通流间隙的检查，现场安装时重新测量动静之间的通流间隙，并尽可能的把每一级的间隙调整到需要的范围内[2]。

3、汽轮机产生振动的原因有：

        3.1机组在运行中中心不正引起的振动

       （1）汽轮机在启动时，如果暖机时间不够，或者升速、加负荷太快，会引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统卡涩使汽缸不能自由膨胀，均会使汽缸转子相对歪斜，导致机组产生不正常的位移，从而引起振动。

（2）机组在运行中，如果真空下降，将使排汽缸温度升高，轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。

（3）靠背轮安装不正确，中心没有找准确，因此运行中发生振动，且此振动是随负荷增加而增大的。

（4）在机组蒸汽温度超过额定值的情况下，膨胀差和汽缸变形增加，如高压轴封向上抬起等，这样会造成中心移动而引起振动[3]。

3.2转子质量不平衡，引起振动。

       （1）运行中如果发生叶片折断、脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢时，会使汽轮机的转子产生不平衡的现象。

（2）当转子找平衡时，如果平衡质量选择不当或者转子安装位置不当，使得转子上某些零部件松动，以及发电机转子绕组松动或不平衡等，均可以使转子质量不平衡，从而使汽轮机产生振动。

       （3）转子热弯曲。最常见的就是转子由于自身热度引发的应力、在运行中汽缸存在着进水现象、汽缸中进入了冷空气和汽缸之间动静摩擦、中心孔进油、发电机转子冷却存在着差异，这些原因都有可能造成转子出现热变形。转子的弯曲变化非常容易造成汽轮机组振动异常。转子的热弯曲可能是临时性的产生危害，也有可能是永久性的产生危害，这两种可能性造成的危害有所不同，但是他们都是由于同转子质量偏心有关，因此，会引发与质量偏心类似的旋转矢量激振力。周弯曲能够使两端产生锥形运动，使轴向产生巨大的工频振动。在转轴发生弯曲的过程中，由于弯曲导致的弹力和转子不平衡产生的离心相位不同，这两者间相互作用，抵消彼此的作用力，在某个转速情况下，转轴的振动幅度会减小，形成了“凹谷”的相撞，这一点与转子不平衡导致的动力特征存在着很大的不同。当不平衡值比弯曲作用力的值大，振幅的减少量在临界转速之下；当不平衡值比弯曲作用力的值小，振幅的减少量在临界转速之上。

       （4）油膜震荡。油膜震荡产生的主要原因是汽轮机的转子在运行过程中失去正常运转的稳定性。当转子正常运行时，其转轴是围绕着轴线转动的，而当转子不能稳定运行时，转轴会围绕着平衡点涡动。一旦半速涡动的速度和转子临界转速一致，共振会放大半速涡动，就会出现激烈震荡。当转速高于临界转速两倍的时候，这种情况会成倍加剧，从而形成油膜震荡。

 （5）摩擦振动。摩擦振动故障的产生要从对摩擦振动过程中的具体状态变化出发进行分析。通常在汽轮机运转的过程中，转子因受热而变形，进而导致出现新的不平衡力。同时，汽轮机组运转的环境十分复杂，一般都会在摩擦的过程中，整个振动的振幅和相位存在一定程度的波动，而这种波动出现的时间有一定的持续性。另外，当汽轮机内部部套及转子因受热而发生变形时，重摩擦的一边会由于温度的升高而导致另一边出现轻摩擦，从而使转子的两边温度失衡而导致受热不均的问题。这些状况最终会使机组局部受热过高，令转子的局部结构受热而发生变形，变形的转子会增加不平衡力，从而导致产生新的振动[4]。

4、故障处理

        汽轮机组在启动过程中，应该严格控制冲转参数，暖机要充分，疏水彻底，正常运行中，调整各参数正常。

        对于转子不平衡的现象，首先需要依靠专业的工程人员对该类型的汽轮机的转子做必要的检测，以试验的方式对转子运行过程产生的离心率大小做合理的检测和评估。以检测出的数据为标准，使用平衡块对转子的平衡度进行调整，使其运转过程中产生的离心率保持平衡，避免整个汽轮机组产生异常的振动。

        针对转子热弯曲这一故障的解决措施是及时的更换新的转子，从而降低汽轮机组的异常振动，没有强烈的振动，不会出现相应强度的作用力，更加不会出现汽轮机异常振动的现象[5]。

        对于油膜震荡的处理措施有以下几种：第一、将轴瓦比压加大；第二、将瓦顶部间隙减小或者将轴瓦轴承合金的宽度加大；第三、缩小轴颈与轴瓦的接触间隙，圆筒形轴瓦的顶部间隙为轴颈大于100mm时为轴颈直径的1.5-2/1000。两侧间隙为顶部间隙的一半，椭圆形轴瓦的顶部间隙为轴颈大于100mm时为轴颈直径的1-1.5/1000，两侧间隙为轴颈直径的1.5-2/1000；第四、通过使用粘度较小的润滑油或提高油温的方式来减低润滑油的动力粘度；减少转子原有不平衡因素的比重[6]。

        转子的摩擦力增强，一方面是由于转子的热变形导致转子的形状发生变化，转动过程不顺畅导致摩擦力增大，另一方面是由于润滑不够导致的。针对这两个原因，必须定期对汽轮机的转子进行检测，对于变形的转子要及时更换，还要做好润滑，减少不正常的摩擦所带来的异常的振动现象。

        此外，要定期对汽轮机所使用的润滑油进行检测，保证油膜的调配比例与汽轮机的使用标准相协调。要不断提高润滑油的可利用率，将汽轮机工作过程中润滑油的润滑作用发挥到最大。另外，还要锁紧溢流孔，防止顶轴油溢出，不能起到很好的润滑作用而使汽轮机发生异常振动。

5、结语

为了避免因为振动而造成的汽轮机故障，必须做好汽轮机监测工作，将可能引起故障的异常振动及时解决。因此，在对汽轮机的维护方面，应做好检查和统计工作，总结所遇到的异常振动情况，不断完善处理机制，这样才能确保汽轮机的运行更加安全、高效。

        参考文献

        [1]赵晓芳，党剑英.火电厂汽轮机异常振动原因及处理措施[J].城市建设理论研究（电子版），2019(9):33.

        [2]殷富伦.浅谈火电厂汽轮机异常振动原因及处理措施[J].科技创新与应用，2015（27）：78

        [3]倪福源.火电厂汽轮机运行异常振动原因分析[J].探索科学，2019(2):59,61.

        [4]卢旭东.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术分析[J].科技创新导报，2016（12）：74.

        [5]赵华.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术分析[J].黑龙江科技信息，2015（24）：39-40.

        [6]杨双全.火电厂汽轮机振动故障探讨[J].广东科技，2014（22）：96+131.