电厂汽轮机组异常振动分析
来源:用户上传
作者: 韩志伟 马亦飞
摘 要：汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，其产生的原因是多方面的。本文主要从汽流激振、转子热变形、摩擦振动等三个方面进行分析。加强汽轮机异常振动分析，为发电企业维修部门提供基础分析极为必要。
关键词：发电机组；异常振动；故障分析
中图分类号：TF3 文献标识码：A
1 汽轮发电机组异常振动的危害
振动是指一种周期性的往复运动，处在高速旋转下的汽轮发电机组，在正常运行中总是存在着不同程度和方向的振动。对于振动，我们希望它愈小愈好。对设备的危害不大，因而是允许的。这里所讲的振动，都是指对设备有危害，超出了允许范围的振动。
汽轮发电机组振动过大时可能引起的危害和严重后果如下：机组部件连接处松动，地脚螺丝松动、断裂；机座(台板)二次浇灌体松动，基础产生裂缝：汽轮机叶片应力过高而疲劳折断；危机保安器发生误动作；通流部分的轴封装置发生摩擦或磨损，严重时可能因此一起主轴的弯曲；滑销磨损，滑销严重磨损时，还会影响机组的正常热膨胀，从而进一步引起更严重的事故；轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂；发电机转子护环松弛磨损，芯环破损，电气绝缘磨破，一直造成接地或短路；励磁机整流子及其碳刷磨损加剧等。
从以上几点可以看出，振动直接威胁着机组的安全运行。因此，在机组一旦出现振动时，就应及时找出引起振动的原因，并予以消除，决不允许在强烈振动的情况下让机组继续运行。
2 汽轮机异常振动原因分析
汽轮机组担负着火力发电企业发电任务的重点。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，比如进汽参数、疏水、油温、油质、等等。因此，针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。针对导致汽轮机异常振动的各个原因分析是维修汽轮机异常振动的关键。
3 汽轮机组常见异常震动的分析与故障排除
引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面，汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。
3.1 汽流激振现象与故障排除
汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，且增大应该呈突发性，如负荷。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振；对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间的记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50T/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态，采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。
3.2 转子热变形导致的机组异常振动特征、原因及排除
转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。
3.3 摩擦振动的特征、原因与排除
摩擦振动的特征：一是由于转子热弯曲将产生新的不平衡力，因此振动信号的主频仍为工频，但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量，有时波形存在“削顶”现象。二是发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。
4 关于汽轮机异常振动故障原因查询步骤的分析
生产中经常遇到瓦盖振、轴振的异常变化，引起振动异常的原因很多。根据振动产生的集中原因，在查找振动主要来源时要注意下面几个要素：振动的频率是1X，2X，1/2X等。振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。振动的稳定性如何（指随转速、负荷、温度、励磁电流、时间、等的变化是否变化）。例如汽轮机转子质量不平衡会有下列现象：升速时振动与转速的二次方成正比，转速高振动大。特别过临界时振动比以往大得多。振动的频率主要是1X。振动的相位一般不变化及相邻轴承相位出现同相或反相。振动的稳定性好（在振动没有引起磨擦的情况下），且重复性好。根据振动特征与日常检测维修记录多方面分析，找出故障原因最终排除。
5 在振动监测方面应做好的工作
目前200MW及以上的机组大都装设了轴系监控装置，对振动实施在线监控，给振动监测工作创造了良好的条件。其他中小型机组有的虽装有振动监测表，但准确度较差，要靠携带型振动表定期测试核对，有的机组仅靠推带振动表定期测试记录。对中小型机组的振动监测工作，一般都比较薄弱，不能坚持定期（每周、每10天等）测试或测试记录不全不完整等等，不利于有关振动规定的认真执行。因此，电厂应明确规定测试振动的周期，给汽机车间专业人员和运行现场配备较高精密度的振动表，并建立专业人员保存的和运行现场保存的振动测试登记簿，按规定周期测试并将测试结果记入登记簿。测试中发现振动比上次测试结果增大时，专业人员应及时向领导汇报，并分析振动增大原因，研究采取措施，必要时增加振动测试次数，以监测是否继续增大。运行中如发现机组振动异常时，应立即使用现场保管的振动表进行测试，如振动比上次测试结果增加了0.05mm时，应立即打闸停机。如振动增加虽未达到0.05mm，但振动异常时听到机组有响声（如掉叶片等），或机内声音异常时，也应停机进行检查。对一般的振动增大，也应向车间汇报，以便组织分析原因，采取措施。
总结
汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，其产生的原因是多方面的，也是十分、复杂的，它与制造、安装、检修和运行水平有直接关系。超过允许范围的振动往往是设备损坏的信号。振动过大将使汽轮机转动部件如叶片、叶轮等的应力超过允许值而损坏；振动严重时，可能导致危急保安器误动作而发生停机事故以及导致轴承座松动、基础甚至厂房建筑物的共振损坏等。因此，必须使机组的振动水平保持在规定的允许范围内。
参考文献
[1]剪天聪.汽轮机原理[M].北京：水力电力出版社，1992.
[2]上海汽轮机有限公司135MW中间再热式汽轮机说明书，1999.5.
[3]胡念苏.汽轮机设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2003.7.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-1684845.htm
