戴響春（湖南省工業(yè)設備安裝有限公司，湖南　株洲　412000）

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汽輪機異常振動的分析與排除措施探討

戴響春（湖南省工業(yè)設備安裝有限公司，湖南株洲412000）

在電力發(fā)電系統(tǒng)中，汽輪機是非常重要的組成部分。汽輪機故障的產(chǎn)生對于整個發(fā)電系統(tǒng)具有十分重大的影響。汽輪機的故障中汽輪機異常振動是非常常見的故障之一，對整個機組的安全和正常運行產(chǎn)生重要的影響。本文主要闡述了汽輪機異常振動的分析與排除措施。

汽輪機；異常；振動；汽流激振；轉(zhuǎn)子熱彎曲

引言

汽輪機在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，汽輪機的振動是表明汽輪機組是否正常運行的重要標志。汽輪機振動異常證明了汽輪機組因長時間的工作產(chǎn)生了磨損和故障，導致汽輪機異常振動的因素有很多，必須要加強對汽輪機異常振動的分析，采取合理的排除措施，保證汽輪機組的正常運行。

1　汽輪機常見異常振動的分析與排除

1.1汽流激振現(xiàn)象與故障排除

自激振動是由于系統(tǒng)自身的運動誘發(fā)的振動，其機理和特點與強迫振動有本質(zhì)不同。汽輪發(fā)電機組自激振動包括軸承自激振動和汽流激振，前者由軸承的油膜力引起，后者由蒸汽力引起。振動系統(tǒng)由于自身運動引發(fā)的振動稱為自激振動。當系統(tǒng)失穩(wěn)力大于阻尼力時，振動發(fā)散，稱為振動系統(tǒng)失穩(wěn)。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(shù)據(jù)，連同機組滿負荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除汽流激振。

1.2轉(zhuǎn)子熱彎曲導致的機組異常振動與故障排除

轉(zhuǎn)子受熱后出現(xiàn)的彎曲變形稱為熱彎曲。熱彎曲是一種機組較為常見的振動故障，引起熱彎曲的原因也是多種多樣。針對整個汽輪發(fā)電機組而言，可分為兩部分來研究熱彎曲故障，包括汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲和發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲。汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲原因有：①轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應力過大，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均；②汽輪機葉輪的輪轂之間或軸上其他套裝零件與軸凸臺之間軸向間隙不足或不均勻；③轉(zhuǎn)軸存在徑向不對稱溫差；④轉(zhuǎn)子與水或冷蒸汽接觸；⑤動靜摩擦。發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲原因有轉(zhuǎn)子鍛件材質(zhì)不均勻、匝間短路、冷卻系統(tǒng)故障、絕緣變化、轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻、轉(zhuǎn)軸上套裝零件失去緊力、楔條緊力不一致等。這類故障處理相對簡單，如果異常振動明顯，發(fā)現(xiàn)問題仔細檢查后，及時更換新的轉(zhuǎn)子即可。

1.3轉(zhuǎn)子不平衡與故障排除

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪發(fā)電機組最為常見的故障。據(jù)有關統(tǒng)計，在現(xiàn)場發(fā)生的機組振動故障中，有轉(zhuǎn)子不平衡造成的約占80%，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的將達到90%左右。鑒于轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動的時候會產(chǎn)生離心力，如果轉(zhuǎn)子在沒有達到動平衡的情況下就運轉(zhuǎn)，這樣由于轉(zhuǎn)子在某個方向不平衡引起振動，使機組發(fā)生異常振動影響運轉(zhuǎn)。此類問題一般通過進行動平衡試驗解決，通過往轉(zhuǎn)子上加平衡塊的方法使之達到動平衡。

1.4動靜碰摩振動與故障排除

在機器運行的過程中，機組各部分之間會發(fā)生摩擦，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，這種摩擦產(chǎn)生的機組振動是不可避免的，一般對機組的影響不大。產(chǎn)生的原因有汽缸跑偏或基礎不均勻沉陷、蒸汽溫度的變化（如果蒸汽溫度的變化過于劇烈，將引起靜止部件的變形）、汽缸進水和保溫不良、排汽缸的快速加熱和冷卻、汽封損壞、暖機不充分以及劇烈振動等。如圖1為碰摩振動與正常振動的信號時域波形。

圖1　碰摩振動與正常振動的信號時域波形

當出現(xiàn)動靜碰摩時，現(xiàn)場采取的一個有效措施就是在控制軸振動、保證機組運行安全的前提下進行“磨合”。在啟動過程中，機組發(fā)生動靜摩擦時不能強行升速，否則容易造成大軸永久彎曲。如果轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速一下，應該立即打閘停機，盤車一段時間正常后再啟動；如果在臨界轉(zhuǎn)速以上，則在振動可以控制的轉(zhuǎn)速上多停留一段時間，磨合出一定的間隙后再升速。如果摩擦發(fā)生在帶負荷階段，只要控制振動在一定的變化范圍，可以觀察運行一段時間，以磨合出適當?shù)拈g隙；如果振動不斷增加，應該降低負荷或打閘停機，以免危害機組安全。

2　案例分析

2.1汽輪機概況

唐山國豐鋼鐵股份有限公司50MW煤氣發(fā)電項目，2011 年5月24日開工，2012年3月21日通過168試運行并網(wǎng)發(fā)電，2012年4月20日竣工驗收，質(zhì)量合格。其中蒸汽輪機采用南京汽輪電機（集團）有限責任公司生產(chǎn)的低真空凝汽式汽輪機發(fā)電機組，型號：N50-8.83/535，由唐山鋼鐵有限公司設計院設計；但自2012年3月21日投入運行以來，2#瓦溫偏高、瓦振偏大，對汽機運行質(zhì)量、壽命等存在一定的影響，為了達到設備的最佳運行狀態(tài)，應動力能源部、車間要求，經(jīng)過三次檢修，此問題已基本得到解決。汽輪發(fā)電機示意圖見圖2。

2.2汽輪機異常振動故障檢修

2.2.12012年8月27日第一次檢修

2012年 8月 27日第一次檢修前，2#瓦溫一直維持在86℃左右，大大高于其他瓦溫（1#、3#、4#瓦溫在60～68℃），同時2#瓦開機時振動過大，檢修期間，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)如下情況：①發(fā)電機轉(zhuǎn)子圓周相對于汽輪機往西偏移1mm，低了0.3mm；上張口0.07mm，東面張口0.15mm。②2#瓦接觸面不太好，接觸角度不理想。③圖3中編號為2、7的汽封管路接反。

圖2　汽輪發(fā)電機示意圖

此次檢修分析判斷發(fā)電機基礎往西略有下沉造成同心度變化，調(diào)整發(fā)電機端找同心度，歷時7d晝夜檢修機組投入運行后，各項參數(shù)正常，1#、3#、4#瓦溫均在65℃左右，瓦振均在0.02mm以內(nèi)，但2#瓦溫最高到74℃。

圖3　汽封管路示意圖

2.2.22013年4月10日第二次檢修

自2012年8月27日機組第一次檢修投入供暖以來，機組運行良好。據(jù)車間介紹，2013年2月因外部原因機組停機，再開機后，轉(zhuǎn)子偏心高達0.2mm，在1000r/min以下振動達到跳閘，盤車2h候偏心降至0.03mm，再開機，一切情況正常。滿負荷時，各瓦振均在0.015mm以內(nèi)，2#瓦最高瓦溫74℃。2013 年4月10日，因變電站故障機組停機。業(yè)主要求再次檢修，檢修過程中發(fā)現(xiàn)：①同心度發(fā)生變化，發(fā)電機轉(zhuǎn)子相對于汽輪機往西偏移0.45mm；②開蓋發(fā)現(xiàn)末級葉片有損壞；③1#、2#瓦有損壞；④汽輪機汽缸相對于發(fā)電機向東偏移1.0mm；⑤缸體膨脹受阻于東西側臺板螺栓，東北側臺板螺栓變形；⑥開大蓋后發(fā)現(xiàn)，4～5級隔板套（4～7段抽汽）內(nèi)，阻汽片底部圓弧與葉輪外圓產(chǎn)生摩擦；⑦前汽缸垂直滑銷點焊處斷裂，后汽缸垂直滑銷基礎蹦裂；轉(zhuǎn)子與靜葉片摩擦嚴重。

針對以上情況，對缸體水平作了檢查，缸體水平?jīng)]有什么變化，符合技術要求；對汽缸前、后垂直滑銷作了加固處理；更換了1#，2#軸瓦，將汽輪機缸體往西平移了0.8mm，調(diào)整了汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸中心，調(diào)整了動、靜部分間隙，達到技術要求；重新找好轉(zhuǎn)子同心度；返廠修理更換了末級葉片，進行了動平衡試驗。

產(chǎn)生上述問題的原因：有外力作用于缸體上，使缸提抬升，相對于發(fā)電機向東產(chǎn)生位移，使2#瓦受力過大，導致2#瓦溫高、瓦振大，并認為外力主要由以下原因產(chǎn)生：①抽汽管道向下膨脹受阻導致了缸體的抬升；②冷凝器支撐彈簧頂力過大；③循環(huán)水對缸體向上的沖擊力；④凝汽器安裝時灌水重量（按廠家要求）與運行時水的重量不相符產(chǎn)生會有影響。

為了解決故障，采取以下處理措施：①取消7段抽汽管道的剛性固定支架。②將凝汽器與下汽缸徹底分開，重新作灌水連接。③減少凝汽器支撐彈簧的頂力，逐步縮小支撐鋼管的長度，直到循環(huán)水泵開啟后不再使缸體抬升。④對2#軸瓦作翻瓦檢查，修刮，如損壞嚴重需更換。

2.2.32013年6月17日第三次檢修

2013年6月17日，因二期煤氣管道接口停機，按照第二次檢修后確定的方案進行第三次檢修，具體做了如下工作：

（1）對凝汽器處理

斷開與凝汽器連接的循環(huán)水管道，待凝汽器重新灌水、焊接后再恢復。把凝汽器和下汽缸斷開，重新灌水，灌水合格后再與下汽缸連接。調(diào)整凝汽器支撐彈簧，減少彈簧頂升壓力，循環(huán)水泵開啟后不再使缸體抬升，并檢查了凝汽器的本身水平。

（2）對2號軸瓦處理

修刮了2號軸瓦，使軸瓦與軸的接觸面、側隙，頂隙均良好。取消了7段抽汽管道剛性支架，調(diào)整了段彈簧支架的彈簧螺母，使彈性壓力變小，管道膨脹量盡量向下。本次檢修后，已經(jīng)達到了汽輪機運行的良好狀態(tài)。

2.3原因判斷

綜合三次檢修情況，我們認為：2#瓦溫偏高、瓦振偏大的根本原因是熱膨脹，對2#瓦產(chǎn)生的受力過大所致。對汽機2#瓦溫偏高、瓦振偏大問題應該認真分析、論證，實事求是、認真嚴謹分析原因，按照能源動力部、車間的要求積極組織檢修不推諉，至此汽機2#瓦瓦溫偏高、瓦振偏大問題得以較好解決。

3　結語

汽輪機經(jīng)常出現(xiàn)故障，但是其中較為復雜的故障之一就是汽輪機異常振動故障。汽輪機振動受到多方面的影響，因而導致汽輪機異常振動的原因也有很多，主要包括汽流激振、轉(zhuǎn)子熱彎曲、轉(zhuǎn)子不平衡、動靜碰摩等。當然導致汽輪機組異常振動的原因還有很多。但是不管是哪種原因?qū)е碌墓收?，我們都要對癥維修，保證汽輪機組正常運行。

［1］趙 強.電廠汽輪機振動大的原因分析及處理［J］.科技創(chuàng)新導報，2011 （19）：87～88.

［2］高克林.淺析汽輪機常見故障的處置與應用［J］.科技傳播，2011（12）：45～46.

［3］張 偉.汽輪發(fā)電機組振動的分析［J］.黑龍江科技信息，2011（14）：23～24.

戴響春（1969-），男，工程師，本科，主要從事項目管理工作。

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