探究汽轮机异常振动的分析和治理

薄利明

（神华亿利能源有限责任公司电厂，内蒙古 鄂尔多斯014300）

随着我国经济不断发展，对电力供应也提出了更高要求，为能够确保居民用电稳定和工业用电不间断，必须做好发电机组日常维护和稳定运行工作。在火电厂发电设备中，汽轮机作为十分重要的设备，保证其安全运行是确保稳定供电和电网稳定运行的基础，做好汽轮机维护和检修工作十分重要。但是在汽轮机实际运行当中，汽轮机异常振动是最常见、最难解决的问题，不仅会影响发电生产，还会对机组系统稳定造成安全影响，严重会造成生产事故，后果不堪设想，因此加强汽轮机振动分析和治理研究有着重要的意义。

1 汽轮机振动分类

在汽轮机运行过程中，异常振动问题十分常见，一旦出现异常振动问题需要对振动情况进行检查，判定振动种类，按照动力的原因分类可以分为强迫振动和自激振动。

1.1 强迫振动

普通强迫振动主要是因为汽轮机转子质量不平衡产生的非平衡性能故障情况，异常振动种类更多是汽轮机转子自身的质量问题，同时汽轮机刚度下降也会加剧结合面振动情况。强迫振动中的共振多数发生在汽轮机和发电机临界转速中，会加剧轴承座振动频率。再者，经过拆解发现，如果转子不对中也会造成严重的晃动情况。

相比普通强迫振动情况来说，非正常强迫振动幅度更大、相位不稳定。原因主要是汽缸膨胀出现受阻，在定速之后轴承座振动幅度会逐渐增加，导致振动问题；轴承座螺栓松动、滑销系统故障等也会造成汽轮机振动失衡，产生振动问题；汽轮机振动幅度或晃动增加多数是内部失衡问题，原因多数是由于转子产生了裂纹；汽轮机在运行中由于励磁电流和振动影响，转子内部出现热弯曲现象，也会加剧振动；如果汽轮机日常维护工作不到位，导致油膜无法建立或建立不良好等，也会出现非正常强迫振动问题。

1.2 自激振动

自激振动主要是汽轮机内部叶片受到不均匀气体影响产生汽流激振，针对大型机组，由于末级叶片较长，气体在叶片膨胀末端会发生紊乱气流从而产生激振问题。汽缸盖膨胀、胀差不达标，也会导致油膜振荡。再者，如果汽轮机配汽不合理，导致汽轮机转子产生不平衡汽流激振力，形成扰动，在机组工况发生变化时，机组轴系发生变化，导致振动发生。

2 汽轮机异常振动产生原因以及治理措施

2.1 振动仪表准确度

发电厂针对汽轮机异常振动问题都会配备振动监测系统，监测系统包括测量元件、传感器等。这些设备可以实时获取汽轮机的振动参数，但是只要其中一个设备出现了故障问题导致监测数据不精准，就无法检测出汽轮机振动变化，影响了汽轮机的运行安全，所以日常仪表准确度检查和校正非常重要。

2.2 汽流激振与转子不平衡

整个汽轮机组体系庞大，导致末级系统过长，因为叶片膨胀会在末端出现汽流紊乱情况，造成汽轮机激振。在判断汽轮机异常振动类型是否为激振问题时，可以从两个方面考虑：一是检查汽轮机最大量值低频分量；二是检查运行参数是否会影响到的振动最大幅度，并且这种突然增加具有突发性特点，如负荷大幅变化或超参数等，所以汽轮机尽可能在额定参数以下运行。

针对转子不平衡问题，主要是离心力作用下的结果，一旦转子没有实现动平衡，可能会在某个方向发生异常振动情况，振动幅度较为明显。对于不平衡问题可以采用动力平衡试验判定。如果汽轮机在运行中监测到大量值低频分量或振动参数波动明显，则多数是因为汽流激振造成的结果，主要是叶片受到了不均衡汽流冲击。因此，需要调整调速汽门，并观察汽轮机的运行状态是否有好转。分析汽轮机的内部结构与运行机理可以发现，叶片末端汽流紊乱现象是客观存在的，需要长时间的记录每次机组振动数据和机组满负荷数据，通过软件实时记录二者的变化曲线，观察曲线的变化趋势和范围，通过改变升降负荷速率，观察曲线变化情况，改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重叠特性，消除汽流激振。

2.3 转子热变形

造成转子热变形的因素非常多，由于汽轮机的运行环境恶劣，会造成转子自身热应力增加、汽缸进水、冷空气进入、摩擦等。由于在机组启动定速带负荷阶段，转子温度会持续上升，内应力会转变为转子热能，达到一定程度后就会产生热变形，增加振动频率、（可能出现）相位变化。所以转子变形会直接导致汽轮机异常振动。此外，在汽轮机运行中，势必会产生一定量的摩擦情况。特别是对于汽轮机转子来说，正常摩擦生产振动、涡流对汽轮机自身运转不会造成较大影响，但动静摩擦生热严重会造成转子热弯曲，圆周各个点产生的摩擦量不同，造成热度不同，出现温差情况，不同受热会出现不同应力造成热弯曲，从而提高振动幅度。

由于汽轮机运行中无法做到绝对的平衡，所以转子轻微热变形也是客观存在的现象，一旦发现汽轮机有规律振动且振动幅度较大，则可能是转子热变形严重的表现。所以，如果是较为严重的热变形，影响汽轮机运行，主要是采用直轴处理措施，可以采用局部加热法：对轴的凸处迅速加热，人为使轴产生超过材料弹性极限的反向缩应力；内应力检验法：将弯曲部分加热到内部应力松弛的温度，并利用外施加的压力，使弯曲凸出侧的金属纤维缩短，凹处纤维伸长。以上方法可以有效降低机组振动问题，减少振动动力。

2.4 油膜与轴承间隙

在转子运行过程中油膜发挥着非常重要的作用，主要是可以润滑轴承，保持转子运行的稳定性。如果机组顶轴油没有调节正常，就无法发挥油膜的作用，在汽轮机冲转过程中一部分油膜会被破坏，提高了振动幅度，严重会出现烧瓦问题，这就需要采取调整好顶轴油、锁紧溢流孔等措施。对于高压调速汽门摆动情况，油膜与轴承问题都会影响到调速系统，会增加轴瓦振动，降低汽轮机运行安全性，严重会造成事故问题。一旦发现调速汽门出现了摆动情况，主要表现在开启转子提速慢，摆动值在±20r/min 左右，主泵出口油压也会不稳定，出现大幅度波动，阀门位置振动最为激烈，在一定程度上会烧损轴瓦。

针对此类问题主要是做好油质管理工作，定期更换滤芯，减少滤网堵塞几率。还要全面加强储能器压力变化监视，保证油压足够稳定。定期化验抗燃油，采用专门的过滤设备补油，确保油质可以达到行业标准。定期更换电液伺服阀中的滤网、阀门，并根据使用情况决定清洗或更换。机组检修时，要做好调速汽门、门杆、油动机连接套检查工作，发现螺杆损坏要及时更换。定期检查汽门杆、连接套是否拧紧，接触面不得低于75%，从而确保调速系统安全运行。轴承间隙如果不符合标准也会造成汽轮机组异常振动问题。如果轴承间隙过大，会降低运行轴承的稳定性，增加汽轮机的运行振动幅度，严重影响机组正常运行，所以要在安装时就要做好轴承间隙检查，避免过大或过小。

2.5 真空问题

真空会直接影响汽轮机的运行效率。从实际情况来看，凝汽器在汽轮机排汽口营造真空度从而维持热效率。如果凝汽器内的真空度不足，会直接降低凝汽器的运行效率，特别是在高温环境下的影响更大。通常是由于轴封供汽不足、真空系统有漏点等造成凝汽器真空度下降，从而造成汽轮机异常振动。

针对空冷凝气器，要根据汽轮机实际表现判断是否出现故障。通常是采用灌水方法判定轴封加热器水封系统是否封住真空，水封水位的高低变化对真空是否有影响来判断轴封水封是否存在问题；对轴封供汽进行调整，观察真空是否发生变化，以便判断轴封供汽是否正常；对空冷散热片及汽轮机系统，通过氦气查漏设备，进行漏点扫描和严密性检查，如果发现漏汽点要立刻处理，避免真空不足。

2.6 调速系统问题

调速系统如果电磁阀通电后主汽门不反应，汽轮机就无法正常运行，从而出现异常振动情况。主要原因是主汽门活动油路不畅通，在电磁阀通电后阀体活塞没有运行。同时在DEH 控制指令发生变化时，机组负荷摆动无规律，也会造成汽轮机异常振动情况。将机组负荷调整为0，汽轮机调速系统无法正常运行，打开紧急保安器等均无效果，只能强制关闭自动主汽阀门才会停止。出现此类问题主要是由于油动机活塞、压力变换器阀被卡住等，部件内部出现了大量的油泥等堵塞了进回油孔，同时调速系统保护装置也被卡死不能运行；调速系统高调门抖动，引起负荷波动，也会造成波动情况产生。

针对这些情况，需要检查高压主汽门电磁阀是否处于正常运行状态，将活动电磁阀拆开，接通电源试验电磁阀是否正常运行。检查油动机活塞底部高压油和主汽门活动排油路之间是否通畅，做好清理工作。针对滑阀、活塞被卡主取不出来问题，需要进行专业拆解汽轮机人工取出，并进一步清理阀门，清理完毕装回、试验；针对调门摆动，需对调门本身机械部分进行解体检查，或者对控制部分进行试验调整，能否消除波动情况，判断调门本身是否存在问题。

2.7 配汽原因

配汽同样会导致汽轮机轴振问题，由于进汽方式会造成转子切向力，并且和汽轮机转子转动方向相反，在垂直方向分力向上，将减轻轴瓦荷载、降低轴瓦温度、增加轴振动，而轴瓦温度、轴振动之间存在矛盾，此消彼长，而轴瓦温度与喷嘴配汽和轴承的承载力、自位力、材质、工艺有关，所以喷嘴进汽中，承载中心可能会倾斜发生变化，造成振动问题。

因此，在进汽作用合力垂直方向分力向下时，可以增加轴瓦荷载、提高轴瓦温度，有效减少轴振动，调节级对称的均衡性，让横向、竖向作用力抵消。在轴瓦温度和轴振动权衡中，可以尝试调整阀门重叠系数，让轴瓦温度、轴振动保持合理范围内，通过专用软件检测与分析，调整各个调速汽门的进汽顺序，解决配汽方式不合理产生的汽流激振问题，同时还可以提高运行经济性。

3 某电厂汽轮机异常振动原因分析及治理措施

3.1 #2 汽轮机异常振动

3.1.1 现象如下

（1）在正常运行中，2 号机组2 号轴承处振动不定期、无预兆地出现波动，最大振动超过了160μm（见下图）。

有功功率、排汽压力、1～4 号轴承处X 向轴振趋势图

（2）在2 号轴承出现振动波动的同时，1 号、3 号和4 号轴承处也会出现类似的振动波动。

（3）没有发现与振动波动明显相关联的运行参数，但低真空、或4 号调阀开度在28%～35%区间更容易出现振动波动。另外2 号轴振波动与真空和调阀开度没有一一对应的关系。

3.1.2 原因分析

基于2 号机组的振动特征，分析振动故障的原因是2 号轴承稳定性裕度不足，在汽流力的扰动作用下，发生了油膜涡动。

3.1.3 治理措施

（1）解体的轴承各部件进行清理。

（2）工作、非工作瓦块钨金进行轻微修刮，将划痕修平整。

（3）下衬瓦钨金进行补焊，补焊后进行修刮。

（4）对下瓦枕各垫铁进行研磨，接触面积达到75%要求。

（5）轴瓦回装时将顶隙、侧隙、球面紧力、上瓦枕紧力修至标准值范围内。

（6）#2 轴瓦检修，轴承标高抬高了0.15mm，达到了预期抬高量。

3.1.4 治理效果

修后机组启动过程中振动、瓦温正常。运行至今#2 瓦振动值处于优良状态，且无振动波动发生。

3.2 #4 汽轮机异常振动

3.2.1 现象如下

（1）#5 轴承振动十分频繁，但振动波动幅度较小，在10um左右。

（2）振动波动的主要成分是12.45Hz 左右。

3.2.2 原因分析

基于#4 号机组的振动特征，分析振动故障的原因是5 号轴承稳定性不足，产生低频谐波分量，发生振动波动。

3.2.3 治理措施

（1）#5 轴瓦进行翻瓦检查，对乌金面进行修刮研磨。

（2）轴瓦标高调高0.1mm。

3.2.4 治理效果

修后机组启动运行至今#5 瓦振动值处于优良状态，且无振动波动发生。

综上所述，想要保证电力生产的平稳性，就必须要重视汽轮机异常振动问题。电厂设备管理人员定期对汽轮机组进行检查维护和综合分析，根据汽轮机振动表现判断振动类型，并分析异常振动产生原因，及时采取应对措施，这样才能够保证机组的安全稳定经济运行，为电网用户提供连续优质的电力产品。