汽輪機異常振動分析論文

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論文關鍵詞:汽輪機；異常振動；分析；排除

論文摘要:我國經濟的快速發展對我國電力供應提出了更高的要求。為了保障城市經濟的發展與居民用電的穩定，加強汽輪機組日常保養與維護，保障城市供電已經成為了火力發電廠維護部門的重要任務。汽輪機組作為發電廠重要組成部分其異常振動對于整個發電系統都有著重要的影響，文中就汽輪機異常振動的分析與排除進行了簡要的論述。

我國北方城市由于水利資源較南方少，火力發電是城市用電的主要來源。電力供給是城市發展的關鍵，為了增加城市用電的穩定，電廠維修部門都會定期對發電機組進行檢修與維護。汽輪機作為發電系統的重要組成部分，其故障率的減少對于整個系統都有著重要的意義。汽輪機異常振動是發電廠常見故障中比較難確定故障原因的一種故障，針對這樣的情況，加強汽輪機異常振動分析，為發電企業維修部門提供基礎分析就顯得極為必要。

一、汽輪機異常振動原因分析

汽輪機組擔負著火力發電企業發電任務的重點。由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現，這嚴重影響了發電機組的正常運行。汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質都會是機組振動的原因，比如進汽參數、疏水、油溫、油質、等等。因此，針對汽輪機異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關鍵。

二、汽輪機組常見異常震動的分析與排除

引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉子熱變形、摩擦振動等。針對著三個主要方面以下進行了詳細的論述。

（一）汽流激振現象與故障排除

汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數的影響明顯，如負荷，且增大應該呈突發性。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產生流道紊亂也可能發生汽流激振現象；軸封也可能發生汽流激振現象。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）記錄每次機組振動的數據，連同機組滿負荷時的數據記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從5T/h到50/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調速汽門重調特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機組產生汽流激振的工作狀態，采用減低負荷變化率和避開產生汽流激振的負荷范圍的方式來避免汽流激振的產生。

（二）轉子熱變形導致的機組異常振動特征、原因及排除

轉子熱變形引發的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸汽參數有密切關系，大都發生在機組冷態啟機定速后帶負荷階段，此時轉子溫度逐漸升高，材質內應力釋放引起轉子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉子彎曲變形而導致機組異常振動。轉子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉子質量偏心類似，因而都會產生與質量偏心類似的旋轉矢量激振力。與質心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產生錐形運動，因而在軸向還會產生較大的工頻振動。另外，轉軸彎曲時，由于彎曲產生的彈力和轉子不平衡所產生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉軸的振幅在某個轉速下會有所減小，即在某個轉速上，轉軸的振幅會產生一個“凹谷”，這點與不平衡轉子動力特性有所不同。當彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發生在臨界轉速以下；當彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發生在臨界轉速以上。針對轉子熱變形的故障處理就是更換新的轉子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產生機組也就不會出現異常振動。

（三）摩擦振動的特征、原因與排除

摩擦振動的特征：一是由于轉子熱彎曲將產生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到沖擊和一些非線性因數的影響，可能會出現少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現象。二是發生摩擦時，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉子來講，摩擦可以產生抖動、渦動等現象，但實際有影響的主要是轉子熱彎曲。動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側溫度高于輕摩擦側，導致轉子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉子熱彎曲，產生一個新的不平衡力作用到轉子上引起振動。

三、關于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析

生產中經常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據振動產生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關系。振動的穩定性如何（指隨轉速、負荷、溫度、勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉子質量不平衡會有下列現象：升速時振動與轉速的二次方成正比，轉速高振動大。特別過臨界時振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現同相或反相。振動的穩定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復性好。根據振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。

另外對于一些原本設計上有通病的機組，要做好心理準備并牢記其故障點，一旦出現情況首先要檢查設計缺陷部件。例如：東汽三缸兩排氣200MW汽輪機,軸封系統同300MW,現低壓缸的兩端軸承震動常在6、7絲左右，現發現如能維持低壓軸封供汽溫度在120－130度時，振動基本能降到4絲左右。加負荷時振動要上升，穩定一段時間后要下降，如果低壓軸封供汽溫度在150度以上時，振動也要上漲。通過分析我們可以看出振動主要發生在#4軸承，其主要原因是#4軸承座在排汽缸上，支撐剛性太差，對溫度較為敏感，使#4軸承的標高發生變化。東方300MW汽輪機也存在同樣的情況，這可能是設計上的一大通病。針對這一原因，其故障排除要加固#4軸承座的支撐，測量溫度對#4軸承標高的具體影響值，以便在找中心時事先降低#4軸承標高。

結論：

汽輪機異常振動時汽輪機運行過程中不可避免的故障，同時也是較為常見的故障。在進行此類故障排除時，不能急于拆解機組，首先要根據故障特征進行故障分析，確定故障點后查看機組維修記錄，確認故障點零部件情況。如故障點零部件為剛剛檢修過并更換，因再次確認故障點，確認為改點后進行拆解。一般來講短期內進過維護保養的部件出現故障的幾率遠遠小于維護時間長的部件。因此，在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外注意。許多情況時需要維修人員長期積累的經驗來判斷的，加強企業汽輪機組維護保養人員培訓，提高維修人員素質及專業技能時提高汽輪機故常排除效率的最佳途徑。

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