汽轮发电机组的振动

汽轮发电机组的振动

第一节概述

汽轮发电机组在运行中总会存在一定程度的振动，关键在于应使机组振动值维持在允许范围内。机组振动是评价机组运行可靠性的重要依据之一，机组振动异常是运行中的常见故障。强烈振动表明机组内存在缺陷，如在此情况下不采取措施而继续运行，由于振动力的作用，会使机组各连接部位松动，削弱了连接刚性，振动将随之进一步加剧。振动过大会使机组动静部分及松动部位互相摩擦、轴承合金破坏、转子大轴疲劳甚至出现裂纹、叶片断裂、危急保安器误动作。为此，汽轮机组振动过大，应正确分析振动产生原因、振动性质，判断造成振动过大的部位，并采取相应措施，使振动减小到允许范围。汽轮机检修工作应掌握产生振动的规律及与振动联系密切的设备，提高检修质量，防止出现异常振动。

机组产生振动异常原因是多方面的，情况复杂，它涉及到机组制造、安装、检修和运行各个方面，所以无论是检修人员、还是运行人员均应具备这方面的基本知识。

机组振动过大，将引起设备损坏，甚至造成严重后果。振动过大的危害性主要表现在以下几个方面。

1 ．直接造成机组停机事故

当机组振动过大，尤其在高压端振动过大，有可能引起危急保安器遮断油门动作而停机。

2 ．机组振动造成动静部分摩擦

机组强烈振动会使轴封、隔板汽封产生磨损，间隙增加，使机组运行经济性下降、轴向推力上升甚至造成推力瓦块损坏。如果磨损严重还会造成转子弯曲，当热应力超过屈服极限，将使转子产生永久性弯曲。如果振动发生在发电机侧，会加速滑环与碳刷的磨损，线圈电气绝缘磨损而造成电气事故，最后导致机组火灾，这种事故在电厂时有发生。

3 ．振动导致机组零部件损坏

振动过大动应力增加，会使叶片、围带等转动零件损坏，叶片、围带断裂又引起更大的质量不平衡振动。振动过大也会损坏轴承合金。

4 ．振动使各连接件松动

机组振动过大时，将使轴承上的连接件、主油泵、凝汽器及发电机冷却管、法兰连接螺栓振松或损坏，甚至造成基础裂纹。

第二节振动标准

机组振动是客观存在的，振动过大会造成极大危害，所以运行中的机组振动值必须保持在一定范围内，这个范围就是振动的标准，我国电力部颁布了汽轮发电机组振动的振幅值标准，见表4－l 。

表4－1 汽轮发电机组振动标准（水电部1980年颁发）

机组的振动状况，应在额定转速下，通过测量任何运行工况时轴承座的振动峰值来评定，并以轴承座的垂直（⊥）、水平（一）、轴向（☉）

三个方向上振幅最大的值为准。机组各轴承中有一个轴承处的振动不合格，即认为此台机组振动状态不合格。合格标准仅指允许投人运行，但应采取措施将振动由“合格”达到“良好”状态。无论从哪个方向测量振动，均应将振子与振动面垂直。轴承座上振动测点位置不同，测得的振幅值也不同，因此，每次测量均应在同一测量点测取，所以轴承座上测量部位应有标记。

国际电工委员会（IEC ) 1968 年在伦敦开会，推荐表4 - 2 所示的振动值作为机组是否处于良好运行状态的标准。

表4－2 汽轮发电机组振动标准（IEC1968 年推荐）

还应指出，汽轮发电机组轴承和转轴上测出的振动频率并不是单一的基本频率（与转速相同），常具有复杂的振谱，在等于转速的基频上，有时还叠加上各种高频分量和低频分量。高频分量的振动振幅一般较小，因此对高频分量的影响就考虑较少。高频分量往往是由振动系统中扰动力引起的，而低频分量由于其不稳定性和振幅急剧突增的特点，对机组的运行具有更大危险性，所以也更引起人们注意。低频分量一般讲是自激振动。

应该指出，随着机组容量的增大，在轴承刚性相当大的情况下，转子较大的振动值并不能在轴承座上反映出来，因此直接测定转轴的振动作为振动标准来考核就比较合理，但目前多数机组还以轴承振动值作为标准，这主要是由于测试手段不够完善之故。

表4-3 为一台国产N200型汽轮机在正常运行状态下实测的振动频率特性。

表4-3 N200 型汽轮发电机组的振动频率特性

大型汽轮机均为柔性轴，机组在启动、停机过程中都要跨越临界转速，振幅放大。因此在考核额定转速时的振动值外，对临界转速处的振动值也应进行限制。如果额定转速的轴承振动合格，而超越临界转速的振动值过大，也将认为不合格。一般认为在临界转速时转轴的双振幅不应超过0.15mm 。

第三节振动特征、原因分析及其消除措施汽轮发电机组的振动，可以分为强迫振动和自激振动两大类。强迫振动是由外界干扰力引起的，如机械干扰力、电磁干扰力、振动系统刚性不足等，这类振动最常见，其主要特征是振动主频率与转速一致，振动波形呈正弦波，通过临界转速时振动明显加剧；自激振动是运动体在运动过程中向自身馈送能量产生的振动，如轴瓦的油膜振荡、间隙自激、摩擦涡动等，自激振动的特征是振动主频率与转子转速不符，而与转子临界转速基本一致，振动波形较紊乱，并含有低频谐波。

造成机组振动过大的原因很多，一般讲有设备原因和运行不当原因两类。设备原因有：调节系统不稳定，使调节阀开度波动而造成进汽量的变化、叶片水蚀或结垢，叶片或围带断裂脱落造成质量不平衡、机组轴系中心不正、动静间隙不均匀、发电机气隙不均匀、振动系统刚性不足、汽缸保温不良影响造成膨胀不均匀、滑销系统由于各种原因卡涩或胀缩不畅等。除设备原因外运行不当的原因有：疏水不畅，使蒸汽带水、暖机不充分、停机后盘车不当，使转子产生较大弯曲、真空过低，使排汽温度升高，而引起排汽缸中心线改变、润滑油温过低或油压过低影响了油膜形成、汽缸左右温差过大引起汽缸变形，使汽缸膨胀不畅等。

在运行中，一旦出现振动加剧，一方面加强监视检查，同时应采取相应的有关措施，找出原因。

由于造成机组振动原因很多，出现征象也不同，往往有几种原因相互影响。要找出产生振动过大的原因除对各项数据加强监视检查外，还可以用振动的波形、频率、振幅来得到振动特征，由此来推断振动的成

因，从而采取正确的更具针对性的措施。现对常见振动特征、原因及消除措施分别陈述。

一、转子质量不平衡及转子挠曲引起的振动

这种振动最常见，据统计约占产生振动原因的70 %左右。

1 ．振动特征

振动频率与转速一致，振幅值随转速升高而增大（与转速平方成正比），通过临界转速时振动明显加剧，机组各轴承差不多均发生较大振动，振动波形成正弦波。

2 ．引起振动原因

质量不平衡可以是转子弯曲（永久弯曲或热弹性弯曲）、叶片腐蚀或不均匀结垢、转动

部分存在动不平衡或静不平衡等。

由振动理论可知，振幅值A 是作用在振动系统上周期性质量不平衡引起离心力（激振力）尸与振动系统刚度K d的比值的线性函数，即

P） ( 4 一l )

A=ƒ（∑

Kd

Ks

K d=

β

式中 K d----使系统产生单位振幅的振动所需的激振力（也可定义为系统

Ks）。

静刚度Ks与动力放大系数β之比值，即K d=

β

Ks)。

β表示系统振动状态与共振状态相接近的程度(β=

Kd