汽轮机转子振动分析与处理

汽轮机转子振动分析与处理

发表时间：2018-09-12T11:22:41.650Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：马玉清[导读] 摘要：在工业生产中，汽轮机作为重要的旋转设备，是必不可少的机械设备。

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046 摘要：在工业生产中，汽轮机作为重要的旋转设备，是必不可少的机械设备。其中汽轮机转子是汽轮机的主要零部件，其安全性、可靠性、适用性以及可维修性特点受到人们的关注。在汽轮机转子运行过程中，发生的振动信号是判断汽轮机工作状态的重要指标，更是影响机械设备运行安全与操作人员人身安全的因素，因此对汽轮机转子运行故障分析及诊断的研究工作迫在眉睫。

关键词：汽轮机；转子；运行故障；分析与诊断汽轮机运行过程中，转子在高温工质中高速运转，不但要承受叶片、叶轮等带来的巨大离心力，同时受到蒸汽轴向推力、轴系振动力、扭转力矩等多重应力影响，在这样复杂的工况下，发生转子振动故障的概率相当高，因此加强汽轮机转子振动故障的分析及处理，对保障汽轮机安全稳定运转具有重要现实意义。

一、汽轮机转子运行故障类型

在汽轮机转子运行过程中，振动信号发生是转子发生故障的前提表现，对此应在汽轮机转子运行过程中，对其振动信号进行准确测量，为了更好地判断汽轮机转子运行故障类型，对其进行分类阐述。振动频率：基频振动、倍频振动、整分数基频振动、比例基频振动、超低基频振动以及超高基频振动；振幅方位：横向振动（水平振动和垂直振动）、轴向振动与扭转振动；振动原因：转子平衡度较差、轴系不对称和零件松动、摩擦（密封件摩擦、转子和定子之间产生的摩擦）、轴承损坏、轴承内部油膜涡动与油膜振动、动力和水力的影响、轴承刚度较差、电气等；振动部位：转子和轴系振动（轴颈、轴纹叶片）、轴承（油膜滑动和波动）、壳体振动与轴承座振动、基础振动（基座、工作台、支架）、其他结构振动（阀门、阀杆、管道等）。

二、出现故障的原因分析

1.设计制造因素

由于在汽轮机中，转子一直是处于高速运转的过程中，如果是在生产制造的过程中出现问题，就会使得转子在运行的过程中，其质心和几何中心没有重合在一起，并且由于转子在运行的过程中处于高速运转的过程中，这样就会产生一个离心力，离心力主要是通过旋转中心线的静止平面上进行投影，这是一个周期性的简谐外力，如果在这个时候进行强迫振动，这就会使得汽轮机转子的振动出现加剧现象。并且由于在运行的过程中，由于现代汽轮机的制造为了提高汽轮机工作的效率，因此汽轮机动静之间的间隙十分小，所以这就使得汽轮机在高温高速运行的过程中，很容易使得转子产生振动现象，并且由于汽缸在运行的过程中出现受热不均匀的现象，这样就会使得汽缸出现变形，加剧了转子振动，严重的时候就不断的产生循环，最终就导致故障的产生。

2.安装及检修因素

汽轮机转子通过联轴器相互连接起来，转子两头均有轴承提供支撑，共同构成转子轴系。若安装时两转轴中心未精确调整到同一直线上，则汽轮机运行时会因转子不对中而发生振动。转子之间如果通过刚性联轴器相连，在对轮结合面处会形成很大的张口，此时如果用连接螺栓将转子强行连到一起，会发生静止绕曲变形，在转子上生成附加连接约束力，导致转子振动。此外，滑销系统对汽轮机组膨胀具有重要的引导功能，若因各种因素导致滑销系统卡涩，就会影响机组的正常膨胀，严重时会使机组发生强烈振动，甚至出现无法启动的情况。

3.运行因素

（1）转子弯曲。汽轮机转子如果存在材质不均匀的情况，在高速运转受热后会发生弹性热弯曲，导致不可逆形变；汽轮机启动时，如果盘车或暖机不充分，上下缸温度差异大，转子横截面内温度场分布不均，也会因弹性热弯曲而出现不可逆形变。

（2）机组启动。汽轮机从启动到正常运转的这段时间内，各金属构件及管道导热均处于一个不稳定的状态，期间容易受到各种机械应力、热应力的作用而产生振动、形变以及复杂的热膨胀效应。此外，机组冷态启动与热态启动的操作步骤存在差异，若人为混淆可能导致机组强烈振动。例如，某厂一660MW汽轮机组在冷启动时，操作人员未待缸体充分膨胀便过早结束低速冲转，导致机组在通过临界转速时发生剧烈振动，最后突破阀值而发生跳机。

（3）润滑油温。油温与轴瓦间油膜的形成息息相关，而油膜对转子稳定性具有至关重要的影响。油温过高会导致润滑油粘度下降，不利于轴瓦内油膜的形成，进而引起转子系统干摩擦。温度过低会导致润滑油粘度超标，引起油压下降，进而引起转子振动的加剧。

三、解决故障的措施

1.提高安装精度

（1）轴系连接要尽量做到平直、同心。转子水平放置时，会由于自重作用而产生微弱的静挠曲，故转子安装完之后，应确保各转子轴线构成一平滑的曲线，否则会导致轴承本身负载的不一致，降低转子运行的平稳性。在实际安装过程中，应根据轴承的具体方位来确定曲线的实际方位，务必使整个转子呈一连续的光滑曲线。

（2）精确安装轴承。汽轮机组中使用了很多的可倾瓦轴承，这类轴承的特点是稳定性极强，并且可以有效地缓解油膜振动。在安装过程中，应确保轴承盖与轴瓦之间的紧力满足设计要求。

（3）提高轴承座安装精度。轴承座安装应当结合图纸要求及相关规范进行严格把关，根据实际需要，安装时可予以多次测量，求得加权平均值。同时应注意，轴承座几何中心应与轴颈承力中心保持重合。

（4）精确安装滑销系统。正常情况下，机组运行时会由于高温、高压作用而发生缸体膨胀，通过正确安装花销系统，合理调整系统的间隙，能够将缸体膨胀控制在一定范围之内，降低对机组造成的影响。

2.减少摩擦力的产生

汽轮机在运行的过程中，想要使得转子在运行的过程中减少摩擦力，因此这就需要我们要使用压力以及湿度符合相关要求的润滑油，并且在使用的过程中还需要降低润滑油的粘度。这主要是由于润滑油的粘度不断增加的话，那么就会使得油膜的承载力不断的增大，但是如果我们一直增加润滑油的粘度话，就会使得其均匀分布受到了破坏，这样反而就极大的增加了摩擦力。

3.对转子进行动平衡检查