火电厂汽轮机异常振动故障排查技术探索

李宽宽

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

火电厂汽轮机设备振动水平的高低，是对其运行稳定性、安全性和质量水平进行检查的主要指标。但是由于生产制造的问题、安装的问题以及实际运行的监管控制等等，汽轮机经常会在运行的过程当中发生异常振动。只有对其进行故障原因分析以及有效的排查，才能够降低振动对于设备造成的影响，提高火电厂运行的稳定性与安全性。

1 汽轮机的正常振动与异常振动

对于汽轮机的运行来说，微小的振动是不可避免的，一般来说，只要不超过制造厂规定的标准振动值，就可以被判定为正常振动。但是，如果设备的运行振动幅度已经比原有的振动水平明显提高，或者已经超过了允许的标准振动值，也就可以判定为异常振动。任何一种异常振动情况都有可能造成设备运行的稳定性以及安全性下降，并且导致轴器质量失去平衡、叶片断裂、大轴承弯曲、轴系中心变化、动静摩擦增加、膨胀受阻现象等。这些现象都不仅会对轴承造成严重的损伤，还有可能会加剧振动，进而对轴承零件造成进一步的破坏，加速设备的磨损程度。

2 汽轮机异常振动的原因

汽轮机的异常振动影响了电厂的生产，一般来说，它的产生是多种缺陷的一种综合反馈。例如，进汽参数异常、疏水不畅、油温异常、油品不达标、轴承内部存在一些隐含的缺陷、运行过程中的一些隐患因素等等都会导致异常振动。因此，只有经过对各处的连接情况、安装的精度情况、设备的磨损程度进行相关的检查，对振动的超标情况进行合理的把控与分析，对检测结果进行合理的分析，并对隐藏的故障点进行科学的排查，才能够投入正常的生产使用中，以避免由于故障问题造成设备运行的稳定性不足，给生产带来严重的损害。

造成汽轮机异常振动的主要原因如下：（1）油膜振荡；（2）汽流激振；（3）转子热变形情况；（4）振动摩擦情况。需对上述原因进行合理的分析与控制。然而，设备运行过程当中，影响因素往往不是单一的，要对各种常见原因进行组合化分析，才能够提高排查的完整程度，降低维修的成本，提高设备运行的稳定性与安全性。

3 汽轮机常见异常振动的排查

3.1 油膜振动造成的异常振动与故障排除

（1）振动原因分析。油膜振荡是由于运行过程中滑动轴承引起的自激振荡现象，可能由于同幅转动情况，出现更为激烈的变化，一般来说，油膜振荡主要是在汽轮机转子临界速度两倍以上时发生的一种振动情况，如果这种现象发生，没有进行及时的处理，那么振动幅度将会越来越大，即使再提高转速，也不会消除振荡的现象。同时，如果这种振动情况持续时间较长，还可能造成烧瓦和轴系破坏等连锁反应。根据工程实践经验总结得知，造成油膜振荡的主要原因如下：①润滑油的进油温度过低；②轴承稳定性；③轴瓦间隙；④其他。

（2）振动故障排除。第一，提高润滑油的进油温度，一般来说，如果油温较低，最小油膜厚度增大，就可能造成油膜振荡的现象。将油温提高到38 ～45℃，可以尽可能提高油的流畅程度，降低黏度，设备表面结出的油膜厚度就会较小，离心率也会较大，这种情况下，油膜振荡会被比较快速的被破坏，转子中心的离心速度较高，可以进一步减少运行的阻力，减轻振动现象。第二，轴承的结构设计决定其稳定性。汽轮发电机组中采用可倾瓦稳定性最佳，其次为椭圆瓦。前者主要运用于大型机组，后者运用较为广泛。在现场若发现轴瓦自激振动且采用的是圆筒瓦时，可修改为椭圆瓦，以降低振动程度。第三，通过启动顶轴油泵的方式提高轴承油膜的径向刚度，改变轴承的间隙情况，排除油膜振荡现象。

3.2 汽流激振现象与故障排除

（1）汽流激振原因。汽轮机的汽流激振现象常突发于机组高负荷状态下，主要出现在叶轮直径较小和短叶片的高压转子上，其特征为振动频率低于转子工作频率。引起汽流激振的机理主要是以下两个方面：①汽封腔内压力周向变化起的激振力。这是由于轴封上、下部腔室内的压差，促使转子从静止位置继续向下运动，在此过程中，转子的惯性滞后作用使下部腔室内压力开始增加，这种汽体压将促使转子产生位移，形成涡动；②转子转矩不平衡引起的激振力。这是由于机组安装、运行中汽缸跑偏、转子径向位移等原因，造成转子相对于汽缸发生偏移，使蒸汽在转子上做的功径向分布不平衡而引起转子涡动。

（2）汽流激振故障排除。进行故障分析的过程中，要对机组的振动数据进行连续性分析，在短时间内对汽流激振现象进行观察可能无法找到合适的因素，而通过长时间的复核记录、进行曲线观察，可以有效判断出汽流激振现象产生的范围以及变化的趋势。通过以下途径可有效排除汽流激振现象的产生：①改变调速汽门开启程序，以此避免转子在单侧蒸汽力作用下发生明显的径向偏移和在转子上产生不平衡力矩；②调整汽缸和转子中心，避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移；③加装防涡汽封。

3.3 转子热变形与故障排除

（1）转子热变形原因。转子热变形大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，此时，转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化，由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。

转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因此都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。永久性弯曲是指转子轴呈弓形弯曲后无法恢复。造成永久弯曲的原因有设计制造缺陷（转轴结构不合理、材质性能不均匀）、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷等。临时性弯曲是指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲的原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快局部碰磨产生温升等致使转子热变形不均匀等。

（2）转子热变形故障排除。首先，通过温度控制的方式在机组冷状态下进行相关的启动，对于负荷值进行相关的分析，有效避免内应力的存储，造成转子的热变形。技术人员可以从振动频率分析入手，对于相伴随的应力发生情况进行有效地记录与控制，对于转子的弯曲变形情况进行异常振动的相关分析。其次，通过压力传感器以及振动传感器等，对于转子永久弯曲变形和临时弯曲变形带来的不同振动情况进行合理的故障控制，在找出造成转子温度升高的原因后，对于转子的离心参数进行合理的分析与计算，避免两端同时振动的情况，造成离心片力较大，影响相互抵消效率。最后，在某个算数点上对于振动的幅度进行合理的规避，避免不平衡的转动情况导致临界速度下降，影响整个温度控制的实际效果。除此之外，技术人员还可以通过转子热变形的相关故障处理等，通过更换新的转子，来避免这种异常振动情况的发生，如果振动力取消，那么机组就不会出现转子热变形导致的异常振动。然而，在实际的管理中，转子热变形的表现形式还复杂多样，只有对原因进行有效的排查，针对性进行处理与更换，才能够提高生产运行的安全水平。

3.4 摩擦振动与故障排除

（1）摩擦振动原因。摩擦振动也是造成汽轮机振动的主要异常原因之一，由于轴端汽封、叶片围带汽封和隔板汽封等部位动静部分间的径向间隙较小，受到转子热弯曲、管道推力、汽缸跑偏等因素影响，容易使径向间隙消失，使得汽轮机内部产生动静摩擦，造成机组强烈振动，严重时则会导致大轴永久弯曲。

（2）摩擦振动故障排查。启动前，投入盘车后，检测汽轮机组的动静部分是否有金属摩擦声。在这种情况下，对大轴的弯曲值进行数据分析与控制，如该数值在允许范围内，但却有较为清楚的金属摩擦声时，应在查明原因后再行启动。

在未来技术升级与改造的过程中，还可以应用信息化的操控方式以及智能化的设备监控等，对于火电厂汽轮机的运行进行有效的监督与控制管理，避免其振动异常情况对生产的稳定性造成影响，降低设备故障率，减少运行成本，提升火电厂的实际经营效益。

4 结语

综上所述，火电厂汽轮机的主要故障原因有油膜振荡、汽流激振、转子热变形以及摩擦振动等，只有对原因进行有效的分析，进行针对性的排查，才能提高设备运行的稳定性。从本文分析可知，研究火电厂汽轮机异常故障有利于我们以解决问题为导向来看待目前检修技术存在的不足。因此，我们要加强系统研究，探求技术的发展方向，加强故障排查能力，提高实际维修效率，使机组安全稳定地运行。