汽輪發電機組振動分析論文

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論文關鍵詞：汽輪發振動

論文摘要：汽輪機組振動范圍的規定(單位：毫米)對設備的危害不大，因而是允許的。汽輪發電機組的振動是一個比較復雜的問題。造成振動的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動時表現出來的不同特點，加以分析判斷，就有可能找出振動的內在原因并予以解決。

值得注意的是，隨著汽輪機功率的增大，在軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大振動并不能在軸承座上反映出來。

振動是指一種周期性的往復運動，處在高速旋轉下的汽輪發電機組，在正常運行中總是存在著不同程度和方向的振動。對于振動，我們希望它愈小愈好。

對設備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動，都是指對設備有危害，超出了允許范圍的振動。

汽輪發電機組振動過大時可能引起的危害和嚴重后果如下：

1)機組部件連接處松動，地腳螺絲松動、斷裂；

2)機座(臺板)二次澆灌體松動，基礎產生裂縫：

3)汽輪機葉片應力過高而疲勞折斷；

4)危機保安器發生誤動作；

5)通流部分的軸封裝置發生摩擦或磨損，嚴重時可能因此一起主軸的彎曲；

6)滑銷磨損，滑銷嚴重磨損時，還會影響機組的正常熱膨脹，從而進一步引起更嚴重的事故；

7)軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；

8)發電機轉子護環松弛磨損，芯環破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；

9)勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等；

從以上幾點可以看出，振動直接威脅著機組的安全運行。因此，在機組一旦出現振動時，就應及時找出引起振動的原因，并予以消除，決不允許在強烈振動的情況下讓機組繼續運行。

汽輪發電機組的振動是一個比較復雜的問題。造成振動的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動時表現出來的不同特點，加以分析判斷，就有可能找出振動的內在原因并予以解決。

1、勵磁電流試驗

試驗目的在于判斷振動是否由電氣方面的原因引起的，以及是由電氣方面的哪些原因引起的。

如加上勵磁電流后機組發生振動，斷開勵磁電流振動消失。則可肯定振動是有電氣方面的原因造成的，此時可繼續進行勵磁電流試驗。通過勵磁電流試驗得出如下兩種結果：

1)隨著勵磁電流的增加，振動數值跟著加大，此種情況表明，振動是由于磁場不平衡引起的。造成磁場不平衡的原因有：發電機轉子線圈短路：發電機轉子和靜子間空氣間隙不均勻等；

2)磁場電流增加時振動不立即增大，而是隨著磁場電流增加在一定的時間內成階梯狀的增大，在勵磁電流增大時尤為顯著。這表明振動和轉子在熱狀態下的質量不均衡有關。

2、轉速試驗

試驗目的在于判斷振動和轉子質量不平衡的關系，同時可找出轉子的臨界轉速和工作轉速接近的程度。

試驗一般在啟動(或停機)過程中進行。轉速每升高100—200r/min記錄振動值一次，試驗的最高轉速最好取為105％工作轉速，以便觀察振動變化的趨向。本試驗可在汽輪機與發電機斷開情況下進行，也可在連接情況下進行。

通過本試驗還應檢查臨界轉速和工作轉速是否過分接近。一般設計時應使二者相差30％左右，但由于運行期間拆去了一些零件或在轉子上加工等，就有可能十分精確而達到完全平衡，這樣工作轉速離臨界轉速過近，機組運行中必然要發生較大振動。

3、負荷試驗

試驗的目的在于判斷振動與機組中心、熱膨脹、轉子質量不平衡的關系，判斷傳遞力矩的部件(靠背輪、減速齒輪)是否有缺陷。

試驗可以升負荷方式進行，也可以降負荷方式進行，一般可分為零負荷、1/4負荷、1/2負荷、3/4負荷和滿載負荷五個等級。每一級附和測量振動兩次，即負荷剛改變后立即測量一次。負荷穩定30min后再測量一次。做負荷試驗時，在測量振動的同時必須測量機組的熱膨脹情況。一般通過負荷試驗可得出如下三種結果：

1)振動隨負荷增加而見效(數值不大)。這表明振動的原因在于轉體質量的不平衡，此時可參照“轉速試驗”進行分析。

2)振動隨負荷增加而加大，且于熱膨脹無關(即每一級負荷的兩次所測振動值變化不大)。

這表明振動和旋轉力矩有關。其可能原因有：機組按靠背輪找中心時沒有找準；活動或半活動式靠背輪本身有缺陷，如牙齒嚙合不好或不均勻磨損等；

此種振動情況，一般在機組并列或接解列時振動值會有突變現象。

3)在負荷改變后的一段時間，振動隨時間的加長而加大(即在每一負荷下穩定一定時間后所測得的振動值與第一次所測得的振動值有較明顯的變化)。這表明振動與汽輪機的熱狀態有關，其可能原因有：滑銷系統不良、基礎不均勻的下沉；主蒸汽管道布置不當，在熱膨脹時給汽缸施加了作用力；其它不正常的熱變形引起機組中心線發生變化等。

4、軸承潤滑油膜試驗

試驗目的在于判斷振動是否是因為油膜不穩，油膜被破壞或軸瓦緊力不當所引起的。

試驗是在保證軸承潤滑油壓和油量的條件下通過改變油溫來進行的，油溫變動范圍一般是正常油溫的正負5℃，油溫每變化1℃測量振動一次，并在上、下限油溫時穩定30min后各多測振動一次。

油溫試驗的結果，有兩種可能情況：

1)振動隨油溫升高而加大。這表明振動大多是由于軸瓦間隙太大所引起的。這種情況比較多見，因為運行中往往會由于烏金磨損，多次修刮而使軸瓦內徑加大，致使油膜不穩；

2)振動隨油溫升高而減少。此時，振動大多是由于軸瓦間隙太小所引起的。

此外應注意，由于潤滑油溫只是通過改變油的粘度間接影響油膜建立的，所以振動是否是由于油膜不穩或被破壞所造成，還應通過振動現象加以判斷。油膜不穩或被破壞而引起振動的特點主要是：振動發生得比較突然和強烈，一般難于掌握其發生和消失的規律。振動波形紊亂，振動頻率和轉速不相適應；振動時機組聲音異常，好像在抖動一樣。

軸承緊力不夠也會引起振動，此時振動值也很不穩定，且在振動部位可聽見測到“咚東”的響聲。

除通過上述幾種試驗來尋找振動的原因外，尚可通過真空試驗或機組外部特性試驗來分析振動原因。真空試驗的目的，是判斷振動是否是由于真空變化后機組中心在垂直方向發生變化引起的。真空試驗依據的原理是：真空變化時大氣壓力對排汽缸的作用力就要變化，使與排汽缸連成一體的后軸承座發生上下位移；真空變化時，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會引起后軸承座上下位移，這些都能影響機組中心在垂直方向的變化，若處理不當時就可能引起振動。機組外部特性試驗，實際上就是在振動值比較大的情況下測量機組振動的分布情況，根據振動分布情況分析判斷不正常的部位。例如：緊固螺釘松動、軸承座和基座臺板接觸不良，機座和軸承座框架在基礎上松動，機組基礎局部松動，以及某些管道共振等缺陷，就可通過外特性試驗查找出來。

汽輪發電機組振動異常是運行中最常見的故障之一，其產生的原因是多方面的，也是十分、復雜的，它與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關系。超過允許范圍的振動往往是設備損壞的信號。振動過大將使汽輪機轉動部件如葉片、葉輪等的應力超過允許值而損壞；振動嚴重時，可能導致危急保安器誤動作而發生停機事故以及導致軸承座松動、基礎甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，必須使機組的振動水平保持在規定的允許范圍內。

值得注意的是，隨著汽輪機功率的增大，在軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大振動并不能在軸承座上反映出來。應該直接測量轉子的振動數值作為振動標準才是合理的，在運行中，一旦發現振動異常，除應加強對有關參數的監視、仔細傾聽汽輪機內部聲音外，還應視具體情況立即減負荷乃至停機檢查。必要時通過各種試驗來分析機組振動異常的原因，采取相應的處理方法及消除措施。