浅议汽轮机组常见振动故障及应对措施

郭越

摘 要：本文介绍了汽轮机组出现振动故障的常见原因，通过分析各类故障的特征，合理科学的制定处理、保护汽轮机组的相关措施。

关键词：汽轮机组 振动故障 特征 原因 处理措施

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1003-9082 （2017） 04-0239-01

在现代化生活生产过程中，电力系统作为工业生产的基础，有着极为重要的地位。机械设备逐步向集成化、综合化以及大生产化方向发展，明确机械设备运行过程中的安全性指标已经成为各工作部门迫在眉睫的工作。就目前电力系统的发展来看，汽轮机组能否顺利运行已经直接关系到整个电厂电力系统是否能够运行通畅。更为关键的一点是：由于汽轮机组结构复杂性、运行环境特殊、运行规律突发性高等因素，在实际运行过程中汽轮机组发生故障频率较高，容易造成蔓延性反应从而对整个电力系统造成极大的危害。然而在实际运行过程中并不是无迹可寻，绝大部分汽轮机组出现故障之前均有一定的异常振动现象发生。换而言之，电厂汽轮机组能否安全可靠的运行在很大程度上取决于汽轮机组的振动状态。本文整理了常见的振动故障并将详细介绍各类汽轮机组振动故障的特点、影响因素以及相应处理措施。

一、汽轮机组常见振动故障的特征

1.转子问题

转子问题导致汽轮组振动故障主要是因为转子质量失衡。汽轮机组发生转子质量不平衡时，会出现如下故障特征：一倍频振动幅值变大，并且出现较小的电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量即高次谐波，整个频谱出现“纵树形”现象；在一定转速下，振动的相位和幅值固定不变，出现明显同频的振动；轴心的运动轨迹形状不一重复性差。

汽轮机组发生转子质量不平衡的原因：

1.1 转子原始质量不均。汽轮机组转子在运行前，由于加工制造或者部件更换造成其原始质地不均，使其原始质量不平衡，如果存在此种不平衡则转子在一定转速下，转动特征很稳定，无论改变启动方式、更换机组参数还是延续带负荷的时间，振动的相位和振幅都不会改变。

1.2 转子零件的松动。当转子零件松动时，所产生的转子工频振动突然增大，振幅和相位会短时间内增大直至某一固定值。但是只有在振动机组带负荷工作长时间的情况下才会发生转子零件的松动。

1.3 转子发生热弯曲。转子由于发生热弯曲而造成质量不平衡时，其工频振动会随着时间的改变而不断变化，并且时间延长，工频振幅和相位会逐渐变大，延长到一定时间后振幅和相位为一固定值。

2.油膜振荡问题

在轴颈带动润滑油高速流动时，高速流动的润滑油发生反作用刺激轴颈，从而使轴颈剧烈振动的一种自激振动现象叫做汽轮组的油膜振荡。若汽轮机组发生油膜振荡故障，转子涡动方向和转动方向变得相同，轴心的轨迹变为花瓣形，并且会导致振动的时域波形发生畸变，低频成分会叠加到工频的基波上以至于频率增加变为不稳定状态。

油膜振荡原因

当汽轮机组转子平稳运行时，轴颈呈高速旋转状态围绕轴承中心转动，此时若受到高速流动的润滑油刺激，轴颈在高速旋转的同时，还会以平衡点为中心涡动或者甩转，放大涡动振幅从而导致油膜振荡。

3.动静摩擦问题

当汽轮机组中发生动静摩擦时，振动信号会随着外界条件而改变，这就使得汽轮机组的动静摩擦表现出很多的不确定性即某一时刻出现的征兆在其他时刻复现的情况可能就不存在了。

动静摩擦原因

汽轮机组的全周碰摩：（1）碰摩点界面转轴中心的平均位置和轴承轴颈中心向所处界面间隙圆中心点偏移；（2）碰摩点处轴承的工频或通频最大振幅可以达到此处轴向界面的问隙圆；（3）转子的横向固有周期缓慢降低；（4）正向全周摩擦大振幅的振动变为工频，并且反向全周摩擦大振幅变为与转速无关。

汽轮机组的部分碰摩：（1）相位滞后，振动波形不断改变并有附加的频率分量产生；（2）转子振幅会有轻微浮动或者保持不变，但是发生严重摩擦时转子振幅会变小；（3）轴心轨迹变为“8形”是单点局部碰摩故障，轴心轨迹为花瓣形是多点局部碰摩故障。出现此3种振动现象都是由汽轮组的部分碰摩引起。

4.蒸汽振荡问题

在汽轮机组安装时，必须确保蒸汽间隙均匀且无偏差，否则会发生蒸汽对转子作用的不平衡轴向力会导致汽轮组振动故障。比较容易发生蒸汽振荡的地方是汽轮机高压转子。

蒸汽振荡原因

当转子热弯曲、气流作用、汽缸膨胀变形跑偏而產生转子切向推力发生时，都可能发生转子和静子轴向间隙的变化而导致偏差，进而使汽轮机组发生蒸汽振荡故障。一般汽轮机组发生蒸汽振荡时会发生如下现象：（1）转子变为正向涡动且涡动频率约为工频的0.6至0.9倍；（2）在转子转速升高到一定固定值时会产生剧烈振动。（3）在一定负荷值下会发生强烈振动；（4）强烈振动时的主要频率是转子一阶的固有频率，但是频带较宽；（5）轴心轨迹变为椭圆形；

二、汽轮机组振动故障的处理措施

1.处理汽轮机组转子质量不平衡故障的措施。

选用特别的耐热材料作为转子的制作材料，采用特殊的制作加工工艺来制作转子，因为汽轮机组的转子长时间工作在蒸汽区，所以要时常检测转子是否质量平衡。一旦发现汽轮机组运行中转子发生质量不平衡现象，就要及时更换新的转子，避免大范围与大程度的故障发生。

2.处理汽轮机组油膜振荡故障的措施。

如果确认汽轮机组发生油膜振荡，要及时使用符合压力标准的润滑油减缓摩擦，同时也要降低润滑油的黏度以减小油膜的承载力。然而需要加强注意的是，必须在一定范围内降低润滑油黏度，因为一直提高或降低润滑油的黏度会破坏润滑油的分布情况。在此同时，还可以使上轴瓦轴承合金的宽度增大、减小轴瓦的顶部间隙以及弯曲轴瓦使其与轴颈间的接触角减小等措施。

3.处理汽轮机组蒸汽振荡故障的措施。

检查汽轮机组发生蒸汽振荡故障，需要对振动信号进行分析和监测，然后与机组满负荷时的振动数据对比绘制出转子的振动曲线。及时维修更换转子，以维持汽轮组正常的安全运行。

4.处理汽轮机组动静摩擦故障的措施。

检修人员必须经常对转子进行维护检查，若发现转子间出现间隙等异常要及时采取相应处理措施或者更换转子，以确保汽轮机组的稳定运行。汽轮机的转子的工作环境是高湿、高温和高压，持续工作时间长，而且持续受到气流和高速旋转作用力的作用，所以很容易导致动静摩擦故障，应经常查验是否出错。

三、保护汽轮机组振动故障的措施

相关工作人员需要在电厂汽轮机各个工作细节中针对机组振动频率等进行系统监控，公司也必须制定严格周密的相应保护措施，以达到有效的抑制突发性、蔓延性的汽轮机组振动故障问题。汽轮机组也应当安装相应的轴承振动频率测量设备，系统监视汽轮机组在各时段运行过程中的振动状态，并且保证在振动参数超过预定限值的情况发生时机器可主动发出相应的声光报警信号，来提醒工作人员及时采取相应的应对措施，最大限度地减少振动事故的发生。

對于汽轮机组而言，除了在发生故障后及时采取合理的处理措施外，更为重要的是故障发生前的监控保护措施。汽轮机组中装设振动保护装置，如果发生汽轮机组的振动超过限值时，由脉冲信号来启动保护程序控制电路，使得主汽门能够及时关闭。通过大量实践证明，安装振动保护装置在异常振动发生时控制汽轮机组紧急停机，对保证汽轮机组安全运行具有很大的保护作用。

总之，在发生汽轮机组故障的事故尤其是程度较深的设备损害事故中，大部分都有明显的振动特性表现出来。所以说，分析汽轮机组振动特征是汽轮机组故障预报和诊断的重要手段。本文结合汽轮机组故障显出的一般现象，仔细探究了汽轮机组在运行过程中出现振动故障的原因及其引起的相关振动现象，并且提出了相应的对策来解决汽轮机组故障，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。然而这些振动故障现象要论实际情况而定，这就要求日常工作中维修人员在对汽轮机组多多保持监测，仔细排查诱发各类振动故障的因素，一旦发生故障应及时采取妥善的方法处理。此外工作人员也要不断引进新的方法来检测分析，结合积累的工作经验，尽可能的使汽轮机组安全运行。

参考文献

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[2]韩广栋.关于汽轮机组振动故障的分析处理[J].科技与企业，2014，（03）：247.