汽轮机异常振动分析及处理

汽轮机异常振动分析及处理
一、汽轮机设备概述国华宝电汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机，型号为NZK600-24.2/566/566 。

具有较高的效率和变负荷适应性，采用数字式电液调节（DEH系统，可以采用定压和定—滑一定任何一种运行方式。

定一滑一定运行时，滑压运行范围40〜90%BMCR
本机设有7 段非调整式抽汽向三台高压加热器、除氧器、三台低压加热器组成的回热系统及辅助蒸汽系统供汽。

高中压转子、低压转子为无中心孔合金钢整锻转子，高中压转子和低压转子之间装有刚性法兰联轴器，低压转子和发电机转子通过联轴器刚性联接。

整个轴系轴向位置是靠高压转子前端的推力盘来定位的，由此构成了机组动静之间的相对死点。

整个轴系由7 个支持轴承支撑，高中压缸、低压缸和碳刷共五个支持轴承为四瓦块可倾瓦，发电机两个轴承为可倾瓦端盖式轴承，推力轴承安装在前轴承箱内。

推力轴承采用LEG轴承，工作瓦块和定位瓦块各八块。

盘车装置安装在发电机与低压缸之间，为链条、蜗轮蜗杆、齿轮复合减速摆动啮合低速盘车装置，盘车转速为2.38r/min 。

运行中为提高机组真空严密性，将机组轴封密封蒸汽压力由设计28kp 提高至
40kp—60kp （以轴封漏汽量而定）。

虽然提高了运行经济性但也增大了轴封漏汽量，可能会使润滑油带水并影响到机组胀差和振动，现为试验中，无法得出准确结论。

#1 机组大修后启机发生过因转子质量不平衡引起多瓦振动，经调整平衡块后得以改善。

正常停机时出现过因胀差控制不当造成多瓦振动，也可能和滑销系统卡涩有一定关系。

#2 机组正常运行中（无负荷变化）偶尔会出现单各瓦振动上升现象，不做运行调整，振动达到高点之后迅速回落，一段时间后又会恢复正常，至今未查明原因。

机组采用顺序阀运行时，在高低负荷变换时会发生#1 瓦振动短时增大现象，暂定为高压调阀开关时汽流激振引起的振动。

机组异常振动是经常发生又十分复杂的故障，要迅速做出判断处理，才能将危害降到最低。

二、机组异常振动原因
1、机组运行中心不正引起振动
（1）汽轮机启动时，如暖机时间不够，升速或加负荷过快，将引起汽缸受热膨胀不均匀，或滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，均会造成汽缸对转子发生相对偏斜，机组出现不正常的位移，产生振动。

（2）机组运行中，若真空下降，将使低压缸排汽温度升高，后轴承座受热上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。

（3）靠背轮安装不正确，中心没找准，运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加。

（4）机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，使其胀差和汽缸变形增加，如高压轴封向上抬起等，这样会造成机组中心移动超过允许限度，引起振动。

2、转子质量不平衡引起振动
（1）运行中叶片断裂、脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢，使转子发生质量不平衡。

（2）转子找平衡时，平衡块选择不当或安放位置不当，转子上某些零部件松动，发电机转子线圈松动或不平衡等，均会使转子发生质量不平衡。

3、转子发生弯曲引起振动
（1）转子弹性热弯曲引起振动，这种振动较显著的表现为轴向振动，尤其当通过临界转速时，其轴向振幅增大得更为显著。

这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的原因消除后，振动大的现象也会随之消失。

（2）转子永久性弯曲引发振动，当转子承受的内应力超过材料的屈服极限时，将使转子局部产生塑性变形，当外力和热应力消除后，变形不能消失。

永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入运行，必须进行直轴处理，将会造成很大的经济损失。

4、轴承油膜失稳和汽流激振引起振动
（1）油膜不稳定或破坏，将会使轴瓦乌金很快烧毁，进而引起因受热而使轴颈弯曲，以致造成剧烈振动。

（2）叶片受到不均衡汽流冲击产生汽流激振，特别是较长的末级叶片，蒸汽在叶片膨胀末端产生流道紊乱引起振动；轴封腔室压差随转子转动而变化也可能引发振动。

5、汽轮机内部发生摩擦引起振动
工作叶片和导向叶片相摩擦，以及通流部分辐向间隙不够或安装不当；隔板弯曲，叶片变形，推力轴承工作不正常或安置不当，轴颈与轴承乌金侧向间隙不当等，均会引起摩擦，进而造成振动。

6、水冲击引起振动当蒸汽带水进入汽轮机内发生水冲击时，将造成转子轴向推力增大和产生很大的不平衡扭力，进而使转子产生剧烈的振动，甚至烧毁推力瓦。

7、发电机内部故障引起振动如发电机转子与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。

8．汽轮机机械安装部件松动引起振动
汽轮机外部零件如地脚螺丝、基础等松动，将会引起振动
、汽轮机振动大危害（1）端部轴封磨损，造成低压汽缸漏真空，影响机组的经济性；高、中压缸漏汽量大，使转子轴颈局部受热发生热弯曲，润滑油混入水分，破坏油膜。

隔板汽封磨损，磨损严重时，将使级间漏汽增大，影响经济性，还会增加转子上的轴
向推力，以致引起推力瓦过负荷。

（2）造成动静部分摩擦，使转子局部受热而发生热弯曲甚至是永久性弯曲。

（2）滑销磨损，严重磨损时，会影响机组的正常热膨胀，从而引起严重的事故。

（3）轴瓦乌金磨损，紧固螺钉松脱、断裂。

（4）转动部件材料的疲劳强度降低，将引起叶片、轮盘等损坏。

（5）造成调速系统不稳定，将引起调速系统事故。

（6）造成危急遮断器误动作。

（7）发电机励磁绕组部件松动，碳刷损坏。

四、汽轮机振动诊断
1、不平衡质量力激起的振动特点
机械激振力引起的强迫振动：转子质量不平衡、转子弯曲、转子连接和对中心的缺陷；动静部分摩擦；铆接围带脱落、叶片断裂等。

（1）转子质量不平衡: 振幅与转速的平方成正比，通过临界转速时振动明显加剧，最大振幅相位随转速变化而变化。

通过临界转速时振幅明显加大，每一次的相位相对固定，通过临界转速前后相位变化换向。

（2）转子弯曲：造成质量偏心, 其振动特点与质量不平衡相似, 但振幅与弯曲的绕度大小有关, 转子晃度增大，临界转速下振幅的相位与晃度的相位有关。

若发生动静摩擦时, 振动波形中会有高次谐波。

（3）转子对中不良：转子找中心是保证运行时，其中心线是一条连续光滑的自然垂弧。

对中不良是指“两联轴节中心错位，或其端面张口不合适”。

转子对中不良，运行时，其中心线不是一条连续光滑的自然垂弧，其特点与转子质量静不平衡的振动相同。

2、电磁不平衡力激起的振动特点
电磁激振力引起的强迫振动：转子线圈匝间短路，磁场偏心；转子和定子径向间隙不均匀；定子铁芯在磁力作用下发生激烈的振动，改变转子和定子径向间隙。

电磁不平衡力产生的振动，在机组并网后才会产生，振幅随励磁电流的增加而增大。

（1）转子线圈匝间短路，转子磁场偏心，振动频率与转速一致，电压波形零线偏移。

（2）转子相对静子几何偏心，振动的频率为工频的两倍。

（3）转子风道阻力不均, 产生热弯曲而引起的振动。

振幅也随励磁电流的增大而增大，且振幅的变化滞后于励磁电流的变化，振动频率为工频。

（4）发电机定子刚度不足：周期性变化的电磁力，激起定子振动，改变周向间隙，使
转子产生耦合振动，振动的频率是工频的两倍，但定子的振幅较大。

3、轴承油膜振荡的特点
（1）原因：在圆筒轴承轻载、轴颈表面线速度高的条件下，油膜对轴颈的作用力大于轴颈重力和科氏力的合力，使轴颈向上浮动，产生弓形涡动，涡动的频率为转速的一半。

若涡动的频率与转子临界转速合拍，便形成油膜振荡。

多油楔可倾瓦轴承一般不会出现油膜振荡。

（2）特点：升速过程中振动含有1/2 转速分量，在转速接近转子临界转速两倍时，突然出现强烈振动，振动频率等于转子的临界转速，且在一定转速范围内振幅和频率不随转速的升高而改变；随油温升高，振幅趋于减小或正常。

（3）处理：适当提高轴承进油温度；改变轴瓦长度或垂直间隙；采用多油楔可倾瓦轴承。

4、汽流激振的特点
汽流自激振荡引起的振动：由于调节阀开启，或汽封间隙不对称，周期性的不平衡蒸汽力诱发的共振，振动频率与某一阶临界转速一致。

只可能发生在大功率汽轮机的高压转子，且在负荷达一定值产生，降低负荷，振动消失。

5、支撑刚度不足的振动：轴承支撑刚度削弱，振动被放大，或使转子临界转速降低，落入共振。

轴承振幅沿垂直方向随标高逐渐增大，且在刚度削弱处振幅突变，其振动特性与激振的原因有关。

五、汽轮机振动处理
1、当机组振动增大或发出不正常声音时，运行人员应对可能引起机组振动的可以检查到的设备及运行参数进行检查分析。

包括机组负荷或蒸汽温度是否突然变化，高中压自动主汽门及调节汽门开启是否正常，汽缸上下温差是否正常，机组膨胀是否均匀。

其次，要检查润滑油温、油压是否正常，检查轴承回油温度及乌金温度是否正常。

如果以上一些检查都没有发现问题，可以适当改变机组负荷、发电机励磁电流，观察振动有无变化，作好记录，对振动原因进一步分析。

2、运行人员现场检查分析未能确定原因时，应联系测量振动频谱，以进一步确定原因并消除。

3、振动超过允许运行极限值时，应停机处理，当机组出现强烈振动或汽轮机内部发出明显的金属响声时，应立即破坏真空紧急停机。

六、防止汽轮机振动措施
1、汽轮机转子停止后，应立即投入盘车，如上、下汽缸温差还很大时不允许停用盘车，以免导致大轴受热不均匀而产生弹性弯曲。

2、停机后加强本体各测点温度监测，避免冷水和冷汽漏入汽缸内。

3、润滑油温过低不允许启机。

4、热态启动时要严格控制轴封蒸汽温度和新蒸汽温度，轴封蒸汽至少要有14oC 以上的过热度，冲转时主蒸汽至少要有56oC以上的过热度。

5、汽轮机冲动前，必须准确测量大轴是否有热弯曲，弯曲值大于0.03m m时，不允许启动，应进行直轴，在直轴中应检验是否有永久性弯曲，如大轴产生永久性弯曲时，禁止汽轮机启动。

6、启动前投入盘车时，检查汽轮机组的动静部分是否有金属摩擦声。

一般大轴弯曲值在允许范围内，但有较清楚的金属圆周摩擦声时，应查明原因，否则不准启动。

汽轮机组是火力发电重要设备，其工作特点是高温、高压、高转速，由于其运行时间长、关键部位长期磨损等原因，汽轮机组故障时常出现，这严重影响了发电机组的正常运行。

汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。

由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，如进汽参数、疏水、油温、油质等。

因此，针对汽轮机异常震动原因的分析显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。

在此结合自己所学，并查找多方资料汇总讨论，针对导致汽轮机异常振动的各个原因进行分析，为今后电厂运行及检修做指导。