汽轮机转子及轴承震动的原因分析及安全分析

汽轮机转子及轴承震动的原因分析及安全分析

刘佳1宋丽静2张鹏3赵东峰4丁永刚5

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1.山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013；2.济南城投设计有限公司山东济南250013；

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摘要：汽轮机的震动值的指标也是反映汽轮机安全稳定运行综合性的一项主要参数指标。甚至直接导致电厂重大事故的发生。本文主要是针对引起汽轮机震动的几点原因来作主要分析以及处理的措施。

关键词：汽轮机转子及轴承震动；原因分析及安全分析

前言：

凝汽器的真空下降使排气压力升高从而汽轮机的热含量减少，除了不经济汽轮机的出力降低外还使排气及轴承等动静部分部件的受热膨胀、冷油器工作好与坏都会影响汽轮机的安全稳定运行。冷油器的油温升高有三种因：①循环水温度的影响。②冷油器本身换热能力的大小。③汽轮机有负荷的影响。这些都能影响汽轮机的转子与轴瓦的震动。

处理循环水温度升高达到最高数值33℃时在汽轮机负荷不变的情况下看冷油器的进出口阀门是否全开必要时调整循环水冷油器的进出口阀门来增大冷油器的循环水量来完成

关于冷油器的冷却表面脏物有油垢管壁随着天长日久油中的污垢和有机物的增长加厚应按汽轮机安定运行中的指标来定期去清理冷油器的铜管提高冷油汽本身的换热能力。汽轮机的有功负荷的大小，将影响着冷油器的变化。有功负荷的增大冷油器在循环水一定的情况下，冷油器的出口油温随之增大。

1真空系统不严密在现场是比较常有的想象，原因有以下方面：

1）汽轮机在启动过程中，轴封，供气没有及时投入。

2）汽轮机前后轴封间隙过大，漏气量很大和凝汽器的管道阀门的链接不严，都影响着真空度。

处理：

1）汽轮机在启动过程中一定要把握好投入轴封的最佳时机，投入的过程中将影响到汽轮机的转子的冷态值，冷态值应小于0.03MM。

2）轴封间隙过大将会造成低压缸内真空度下降，以至完全破坏，使排气温度过高，汽轮机的振动加大。总之轴封是汽轮机的重中之重，在运行中必须保证汽轮机的最有利真空（-0.087——0.095）Mpa，真空下降不仅会使机组效率降低，还常常使机组降低压力，甚至不能消除真空下降的时候，常常造成停车事故。

2汽轮机在启动过程中，由于各零部件，部件的工作条件以及各部件的蒸汽参数都要产生剧烈的变化，这时如果操作不当违反了机组启动中应遵循的客观规律，就会发生振动值的增大和故障。造成启动的困难，甚至损坏设备。学习和掌握汽轮机启动的客观规律，知道在不同的情况下启动汽轮机时的可能发生的故障以及对这些故障采取的处理。汽轮机在启动过程中，蒸汽的压力，温度和流量，汽轮机的各部件，部件的温度的变化。部件的温度发生变化时，它们的热膨胀，热应力和热变形等都很容易超出这些部件，原来设计的允许范围，实际上汽轮机的启动过程就是汽轮机组的加热过程。

机组在启动过程中，暖机时间过短热应力大。该机组启动时冲转到带负荷。时间比较短，蒸汽流量快，加剧金属温度升高造成。汽轮机转子尤其是高压端轴封处的振动增大，不断加大转子的振动增大。

冷态启动对转子的损坏比较大，蒸汽会在金属表面进行剧烈的凝结放热使汽轮机转子外表温度，急剧上升，所受的热应力更大，当热应力超过金属材料的屈服极限后，就会使该处产生局部的热应力减少。在高温条件下，该残余应力随时间增加而减少，即金属松弛现象尤其在轴径最大的前汽封和调节级处，这种金属变形现象较为明显。

3汽轮机振动故障分析

机组转子受周期性的不平衡力产生受迫振动，产生不平衡力的原因很多。按力的性质可分为：不平衡离心力、发电机不平衡的电磁力、轴承油膜不平衡的作用力和蒸汽对转子作用的不平衡周向力。引起汽轮机组异常振动主要有以下几个方面：汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。

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。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，由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生，机组也就不会出现异常振动。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；二是发生摩擦，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。机组的振动不可避免，只要振幅不超过允许值，不影响安全运行。但轴承支撑刚度不足，可能使振幅放大，原来合格的振动变为不合格。

4汽机振动的影响因素

汽轮机振动的大小直接关系到机组能否安全运行，引起机组振动过大或者不正常的原因有很多，既有设计制造方面的原因，也有运行方面的原因，还有安装和检修等方面的原因。

⑴设计制造方面。汽轮机转子是一个高速旋转的机械，如果转子的质心与旋转中心不重合则会因为转子的不平衡而产生一个离心力，这个离心力会对轴承产生一个激振力而使之引起机组振动，如果这个离心力过大，则机组的振动就会异常。所以，汽轮发电机转子在装配时每装配一级叶片都应该对该级叶片进行动平衡试验，整个转子装配完成后在出厂之前还应该对整个转子进行低速和高速动平衡，以确保转子的不平衡量在一个合格的范围内。

⑵安装和检修方面。轴承的标高。不管是汽轮机还是发电机转子，其两端都是由轴承支撑的，如果两端的轴承标高不在设计要求的范围内，那么转子两端轴承的负荷分配就不合理；轴承自身特性。轴承自身特性对机组振动的也会产生影响，主要包括轴瓦的紧力、顶隙和连接刚度等几个方面；机组中心。严格来讲，机组中心应包括转子与汽缸或静子的同心度、支撑转子各轴承的标高、轴系连接的同心度和平直度；滑销系统。滑销系统用于引导机组膨胀的，当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或者引起动静碰磨；动静间隙。汽轮机转子与汽缸和汽、轴封之间以及发电机转子与静子之间都存在间隙。

⑶运行方面。机组膨胀。当机组的暖机时间不够或者升速加负荷过快，则机组各部分的膨胀就不一样，这样一方面会产生热应力，减少机组的寿命；另一方面就会引起过大的膨胀差，从而影响机组的开机过程。当机组的膨胀不充分时，极易引起机组的动静碰磨而产生振动；润滑油温。润滑油在轴瓦内形成的油膜如何又是影响转子稳定性的一个重要影响因素，油膜的形成除了与轴承乌金有关外，还有一个重要因素就是润滑油油温，润滑油油温应该在一个合理的范围内，过高过低都对油膜的形成不利。

5常见振动故障诊断

⑴转子质量不平衡。转子质量不平衡的一般特征：最关键的特征是稳定的工频振动在整个信号中占主要成分。汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个：原始不平衡；转动过程中的部件飞脱、松动；转子的热弯曲。其中原始不平衡是主要原因。

⑵转子的弯曲。转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变化。转子热弯曲产生的原因：新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振动大的现象也会随之自行消失。

⑶动静碰摩。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。碰摩的诊断是目前具有一定难度的主要振动故障。每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。碰摩原因：转轴振动过大。

⑷油膜失稳和汽流激振。这是一种自激振动。自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在着，即使振动停止，它仍然会存在。系统振动的频率与交变作用力的频率相等。

参考文献：

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[2]周坚负.机电产品在使用雏护阶段的绿色设计理论与方法的研究[D].上海交通大学，2005.

[3]沈士，等汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.