大型火力发电机组汽轮机振动问题研究与处理措施

大型火力发电机组汽轮机振动问题研究与处理措施
发布时间：2021-05-14T14:09:42.443Z 来源：《中国电业》2021年第4期作者：王海波
[导读] 汽轮机安全稳定运行对火力发电至关重要
王海波
中国电建集团河南工程有限公司河南郑州 450001
摘要：汽轮机安全稳定运行对火力发电至关重要。

其结构复杂，运行过程中受各种因素影响，不可避免出现振动现象，轻则减负荷降效，重则直接导致机组停运，对机组寿命和机组运行经济性有严重影响。

如何做好汽轮机振动故障预防、检查及后期维护工作，保证发电机组稳定高效生产，是相关技术和管理人员值得认真思考的问题。

本文以某火力发电为例，对汽轮机组的振动故障进行分析，并就此提出处理措施。

关键词：火力发电机；汽轮机；问题；处理措施
引言：
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式热能动力机械，具有效率高、功率大、转速易控制、寿命长、运转安全可靠等优点。

因此被广泛地应用在发电、冶金、石油化工等行业。

在汽轮机的运行的诸多参数当中，汽轮机振动值是最为重要的几项参数之一。

振动良好是汽轮机安全稳定长周期运行的基本条件之一。

一旦汽轮机振动值出现异常将给企业的生产经营构成经济、安全多方面的威胁。

据统计转动设备故障类型比例当中，异常振动比例又占比达到30%。

同时鉴于振动异常的危害性，振动问题总是牵动各级领导的神经，是研究和公关的重点方向。

1 汽轮机的振动故障分类
1.1导致汽轮机发生异常振动故障的因素有很多，常见的机组振动原因有：
（1）汽流激荡和轴承油膜振荡引起的振动。

（2）叶片受到不均衡的汽流冲击产生汽流激荡，对于较长的末级叶片，蒸汽在叶片膨胀末端产生流道絮乱，引起振动；（3）油膜不稳定或者被破坏，将会引起轴瓦乌金被烧毁，受热引起轴颈弯曲，引起振动。

1.2机组运行中心不正引起的振动
（1）机组运行期间真空降低，会使低压缸排汽温度升高，后轴承座受热微微向上抬起，破坏机组的中心，引起振动；（2）汽轮机启动过程中，若暖机时间不够，升速或者加负荷过快，会引起汽缸热膨胀不均匀，或者滑销系统存在卡涩，使汽缸不能自由膨胀，都会导致汽缸对转子发生相对偏斜，引起振动；（3）机组在进汽温度超过设计值的条件下运行，会使胀差和汽缸变形增加，造成机组中心移动超过运行限度，引起振动；（4）设备安装时中心偏差大，导致运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加的。

1.3转子发生弯曲引起的振动
（1）转子永久性弯曲引起的振动，若转子承受的内应力超过材料的屈服极限时，会使转子的局部产生塑性变形，且此变形应力消除后不会消失。

生产中设备转子若发生永久性弯曲，必须进行直轴处理，否则会造成更大的经济损失。

（2）转子弹性热弯曲引起的振动，表现为轴向振动，例如：当通过临界转速时，其轴向振幅增大较为显著。

1.4转子质量不平衡引起的振动
（1）转子找平衡时，未能消除不平衡余量，或者转子上某些部件出现松动，均会使转子发生质量不平衡；（2）设备运行中，转子叶片损坏、磨损、结垢，均会使转子发生质量不平衡。

1.5汽轮机安装部件松动引起的振动。

汽轮机外部零件松动，会引起振动，例如：地脚螺丝、基础等松动。

1.6发电机内部故障引起的振动。

发电机转子和静子之间的间隙不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组振动。

1.7汽轮机内部发生摩擦引起的振动。

轴颈和轴承乌金侧向间隙调整不当等均会引起摩擦，引起振动。

1.8水冲击引起的振动。

当机组运行期间，蒸汽带水进入汽缸内发生水冲击，将会造成轴承推力增大，产生较大的不平衡扭力，引起转子产生剧烈振动，严重时会造成推力瓦被烧毁。

2 常见振动故障诊断
运行中可以根据汽轮机振动方式的不同来对其故障进行有效、精准的判断，首先对故障的特性进行仔细观察，做好相应的研究和分析，找到故障所在。

（1）收集振动特征以及相关信息。

振动的特征主要包括频率、振幅与相位、振动与转速之间的关系以及振动的趋势；以及其他关联信息内容，包括机组的日常、机组大小修检修情况以及机组运行情况等。

（2）分析故障机理。

剔除故障的频谱特征、趋势特征，以及其它相关的特征内容，从而为故障的具体诊断提供相应的参考依据。

（3）对汽轮机故障进行诊断，目的是高效排除多发故障，采取相应的措施解决，保证汽轮机运行的稳定性。

3 汽轮机振动危害和处理
3.1 汽轮机振动的危害
（1）端部轴封磨损造成低压汽缸漏真空，影响机组的经济性；隔板汽封磨损严重，使级间漏气增大，影响机组的经济性，且会引起转子的轴向推力，引起推力瓦过载；高中压缸漏汽量大，会使转子轴颈局部受热发生热弯曲，水分进入润滑油，破坏油膜。

（2）转动部件材料的疲劳度降低，引起叶片、轮盘等损坏。

（3）动静部分摩擦，引起转子局部受热发生弯曲甚至永久性弯曲。

（4）滑销磨损，严重时会影响机组正常热膨胀，从而引起严重事故。

（5）发电机励磁绕组部件松动、碳刷损坏。

（6）造成危急遮断器误动作。

（7）造成调速系统不稳定，引起调速系统事故。

3.2 汽轮机振动的处理
（1）当机组运行期间振动增大，或者发出异常声音时，运行人员应对可能引起机组振动的原因以及运行参数进行检查分析。

首先检查主汽门及调节汽门是否开启正常，上下缸温差是否正常，机组热膨胀是否均匀，机组负荷和蒸汽温度是否突然变化；其次检查润滑油温、油压是否正常，检查轴承回油温度及轴承乌金温度是否正常；若以上方法查不到问题所在，可以适当改变机组负荷、发电机励磁电流，观察振动变化情况，并做好记录，对振动原因进行进一步分析。

（2）若未能查到振动原因，应联系专业人员对振动频谱进行测量，确定振动原因并采取措施减轻或消除振动源。

（3）振动超过运行极限值时，应紧急停机进行处理；当机组出现强烈振动或汽轮机内发出明显的金属
响声时，应立即破坏真空紧急停机。

4 振动故障诊断实例分析
2019年11月29日，1号机组启动过程中出现发电机9瓦振动大。

2019年11月29日至12月1日，1号机组总共启动6次，均在2300rpm以后9瓦出现振动突然增大，迅速在1min内达到210μm，机组被迫手动打闸。

振动上升过程如图1所示。

图1 9瓦振动图
轴系结构图及临界区域设置如图2所示。

图2 轴系结构图及临界区域设置
振动峰值时各瓦振动数据如图3所示。

9瓦轴振伯德图与频谱如图4～7所示。

图4 9X方向伯德图
图5 机组2300rpm时9X方向频谱图
图6 9Y方向伯德图
图7 机组2300rpm时，9Y方向频谱图
9号瓦轴振动幅度增大时，同时也影响着相邻的10号瓦轴，但是通过降低无功功率的方法也依旧无法改变振动异常情况。

因此对9号瓦轴的振动故障开始进行分析诊断。

4.1 振动故障分析
轴系振动增大主要表现为9、10瓦在进入第二临界区以后振动迅速增大，而10瓦振动增大主要由9瓦振动增大后引起。

就地检查盖振也随轴振相应增大，就地检查各瓦顶轴油压力在顶轴油泵停止前后波动不大，进入临界区后油膜压力正常稳定。

根据9瓦现场测试振动频谱判断，振动增大原因为9瓦油膜产生涡动引起，后经过油温（40～45℃）和背压（7～13k Pa）调整，均未产生效果。

鉴于几种尝试对油膜涡动现象影响甚微，可以发现机组的振动主要和转速有关，而且波动均出现在高转速阶段，由此推断出主轴与轴承发生动静摩擦、发电机转子脱空、轴瓦支撑刚度降低等都可以导致发电机组振动突变，因此，检查振动故障时要重点对9瓦瓦枕螺栓松动情况、支撑瓦磨损情况、间隙数据情况进行检查。

4.2 检修方法
对9瓦进行解体检查，发现9瓦瓦枕螺栓存在松动现象；复查了9瓦枕紧力、间隙数值合格，检查9瓦的磨损情况，结果显示，上下瓦均存在不同程度磨损情况。

处理措施首先对9瓦严格按照工艺标准进行修刮，其次在瓦枕回装时将瓦枕螺栓紧固到检修要求0-3丝紧力。

2019年12月10日，1号机组再次启动时，各轴瓦振动均在正常范围内。

5 结论
随着科学技术和国民经济的快速发展，人们对电能的需求量前所未有地增长，电力企业的平稳运行显得尤为重要，而汽轮机组的性能对火电厂运行的稳定性会产生直接影响。

汽轮机组在运行过程中一旦出现振动故障，将直接导致火电厂机组停运。

因此，需要做好汽轮机组的日常保养维护，降低设备振动故障率；针对汽轮机振动故障特点进行有效诊断和维修，从而提高电厂汽轮机使用效率和运行寿命。

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