汽輪機(jī)振動大的原因分析及其解決方法1講解

1、汽輪機(jī)振動大的原因分析及其解決方法摘要： 為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成 為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門的重要任務(wù)。文章就汽輪機(jī)異常振動的原因進(jìn)行了分析與故障的排除，在振動監(jiān) 測方面應(yīng)做的工作進(jìn)行了簡要的論述。關(guān)鍵詞： 汽輪機(jī)；異常振動；故障排除；振動監(jiān)測；汽流激振現(xiàn)象對轉(zhuǎn)動機(jī)械來說，微小的振動是不可避免的，振動幅度不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動。這里所說的 振動，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過允許標(biāo)準(zhǔn)的振動，也就是異常振動。任何 一種異常振動都潛伏著設(shè)備損壞的危險。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā) 電機(jī)

2、轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動，以及電磁力不平衡等等 都會表面在振動增大，甚至強(qiáng)烈振動。而強(qiáng)烈振又會導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動甚至損壞，加劇動靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備損壞 程度。異常振動是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷，隱患的綜合反映，是發(fā)生故障的信號。因此，新安裝或檢修后 的機(jī)組，必須經(jīng)過試運(yùn)行，測試各軸承振動及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。振動 超標(biāo)的則必須查找原因，采取措施將振動降到合格范圍內(nèi)，才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行。一、汽輪機(jī)異常振動原因分析汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪 機(jī)

3、組故障時常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜 的一種故障。由于機(jī)組的振動往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機(jī)組 振動的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對汽輪機(jī)異常震動原因的分析就顯得尤 為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動的各個原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動的 關(guān)鍵。二、汽輪機(jī)組常見異常震動的分析與排除引起汽輪機(jī)組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。（一）汽流激振現(xiàn)象與故障排除汽流激振有兩個主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運(yùn)行

4、參數(shù)的影響明 顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振； 對于大型機(jī)組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能 發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。 針對汽輪機(jī)組汽流激振的特征， 其故障分析要通過長時間的記錄每次機(jī)組振動的數(shù)據(jù)， 連同機(jī)組滿負(fù)荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負(fù)荷速率，從 5T/h 到 50T/h 的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時高壓調(diào)速汽門重 調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn) 生

5、汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。（二）轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動特征、原因及排除轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組 冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段， 此時轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高， 材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形， 一倍頻振動增大， 同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是 兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量 激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動， 因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。 另外， 轉(zhuǎn)軸彎曲時， 由于彎

6、曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同， 兩者之間相互作用會有所抵消， 轉(zhuǎn)軸的振幅在某個轉(zhuǎn)速下會有所減小，即在某個轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會產(chǎn)生一個 “凹谷 ”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn) 子動力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不 平衡量時，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組 異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會出現(xiàn)異常振動。（三）摩擦振動的特征、原因與排除摩擦振動的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由 于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響， 可能會出現(xiàn)少量分頻、

7、 倍頻和高頻分量， 有時波形存在 “削頂 ”現(xiàn)象。 二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時，幅值和相 位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時，測量 大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機(jī)理：對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象， 但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于 輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn) 子上引起振動。三、在振動監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作目前 200MW 及以上的機(jī)組大都

8、裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對振動實(shí)施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了 良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝有振動監(jiān)測表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動表定期測試核對， 有的機(jī)組僅靠推帶振動表定期測試記錄。對中小型機(jī)組的振動監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期 （每周、每 10 天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng) 明確規(guī)定測試振動的周期，給汽機(jī)車間專業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保 存的和運(yùn)行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上 次測試結(jié)果增大時，專業(yè)人員應(yīng)及時向領(lǐng)導(dǎo)匯報，并分析振動增大原因，

9、研究采取措施，必要時增加振動 測試次數(shù)， 以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。 運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動異常時， 應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動表進(jìn)行測試， 如振動比上次測試結(jié)果增加了 0.05mm 時，應(yīng)立即打閘停機(jī)。 如振動增加雖未達(dá)到 0.05mm，但振動異常時 聽到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對一般的振動增大，也應(yīng)向車 間匯報，以便組織分析原因，采取措施。四、結(jié)論總之，機(jī)組振動測試結(jié)果是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來，不少機(jī)組因振動大而拖 延了投產(chǎn)期和檢修期。對生產(chǎn)運(yùn)行來說，接收了振動符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動監(jiān)督，對振動 監(jiān)測做到制度化、經(jīng)?；?，必須在機(jī)組

10、振動突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時，及時果斷地將機(jī)組停運(yùn)，防止擴(kuò) 大損壞或?qū)φ駝与m然增大，但尚未達(dá)到規(guī)程規(guī)定緊急停機(jī)數(shù)值的異?，F(xiàn)象。及時對比分析，查找原因，并 采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。作者簡介：趙珣（ 1982），女，內(nèi)蒙古根河人，湛江電力有限公司助理工程師，研究方向：集控工 程師。(1) 轉(zhuǎn)動部分平衡的不正確。(2) 汽輪機(jī) 、發(fā)電機(jī)等對中不好。(3) 機(jī)組 附屬轉(zhuǎn)動件，如調(diào)速器、主軸帶動的油泵、危急保安器等部件平衡的不好，安裝不良。(4) 受熱的機(jī)件安裝的不正確，在冷態(tài)安裝時沒有考慮它們熱態(tài)工作時的自由熱膨脹、熱 變形，使得機(jī)件在受 熱工 作時不能自由膨脹而變得有些彎曲， 破壞平衡。如各

11、種軸在受熱 無處膨脹時，將被頂彎，失掉平衡，造成振動；機(jī)殼受熱不能自由膨脹時，也會變形引起 振動。(5) 某些機(jī)件配合尺寸不符合要求，如軸封片與軸頸配合間隙不對，配合過緊，則在受熱 時軸頸與密封片相摩擦，引起振動。(6) 軸承有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫層、龜裂；軸承與軸瓦安裝間隙不合適；瓦殼在軸承 座中松動；軸承動態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動或油膜振蕩等，造成振動。(7) 機(jī)組基礎(chǔ)不符合要求或基礎(chǔ)下沉，都會使機(jī)組發(fā)生振動。2、運(yùn)行方面的原因(1) 汽輪機(jī)汽缸保溫不良、在啟動前預(yù)熱的不充分或者不正確，因而造成蒸汽輪機(jī)在啟動 時轉(zhuǎn)子處于彎曲狀態(tài)。(2) 固定在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、變速器齒輪軸上的某些轉(zhuǎn)動

12、零件松弛、變形或者位置移 動，引起回轉(zhuǎn)體的重心位置改變加劇振動，如葉輪和軸結(jié)合松動、某些部分變形等。一些 有嚴(yán)格重量要求的回轉(zhuǎn)零件，如聯(lián)軸器個別螺栓更換而又未做平衡試驗(yàn)，也會破壞平衡， 加劇振動。(3) 回轉(zhuǎn)部件的原有平衡被破壞，如葉片飛脫，葉片或葉輪腐蝕嚴(yán)重，葉輪破損，軸封損 壞，葉片結(jié)垢，個別零件脫落，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞，以及靜止部分與轉(zhuǎn)動部分 發(fā)生摩擦等等。(4) 啟動前預(yù)熱不均勻，機(jī)殼產(chǎn)生變形，使機(jī)組內(nèi)動靜部件間隙不均勻，甚至產(chǎn)生摩擦， 引起振動。(5) 蒸汽管路或氣體管路對機(jī)組的作用力，使機(jī)組變形、移位；管路與機(jī)組聯(lián)接不合要求 等等也都造成振動。(6) 軸承潤滑不夠或不適當(dāng)，

13、油泵工作不穩(wěn)定，或者油膜不穩(wěn)定。(7) 新蒸汽等運(yùn)行參數(shù)與要求值偏差太大。新蒸汽參數(shù)偏差過大而末及時調(diào)整，使汽輪機(jī) 部件熱膨脹及熱應(yīng)力變化劇烈；汽壓、汽溫過低未及時采取措施；排汽缸溫度過高引起汽 缸變形等等。(8) 機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速離實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速太近、機(jī)組某部件的固有振動頻率等于或低倍于汽輪機(jī) 運(yùn)行頻率，使部件或汽輪機(jī)發(fā)生共振。(9) 汽輪機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件與汽封偏心，產(chǎn)生蒸汽自激振蕩引起振動。(10) 發(fā)電機(jī)電磁力不平衡引起振動。首先我想提出，振動問題是汽輪機(jī)事故中最為棘手的問題，它的機(jī)理和處理手段比較復(fù)雜，下面我只是大 略的概括下。汽輪機(jī)的振動最為常見的有下列：1、質(zhì)量不平衡，占 70%。2、中心

14、不正，占 20%。3、動靜磨擦，占 5%。4、基礎(chǔ)松動或接觸不好，套裝部件松動。5、油膜振蕩6、氣流激振7、匝間短路。 其中氣流激振常有下列情況： 1、汽封圓周間隙相差大，以致形成渦動 2、調(diào)節(jié)汽門的開度到一定值，振動發(fā)生，跨過后振動消失，且重復(fù)性好。如果在機(jī)組設(shè)計制造、安裝和檢修期間各方面都做得比較完美，那機(jī)組就不會因?yàn)檎駝舆^大而影響運(yùn)行了 嗎？答案是否定的，機(jī)組的振動除了與上面的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況存在很大的關(guān)系。1 機(jī)組膨脹 機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對機(jī)組振動的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在問 題時，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題

15、。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的 暖機(jī)時間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生應(yīng)力，減少機(jī)組的 壽命；另一方面就會引起過大的差別膨脹，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時，極易引起 機(jī)組的振動和動靜碰磨。2 潤滑油溫 軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時，外界因素的變化很容 易引起機(jī)組振動的產(chǎn)生。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個重要影響因素，油 膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個合理的范圍 內(nèi)，過高過低都對油膜的形成不利。3 軸封溫度 每一軸封

16、的溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸 封溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩 方面對機(jī)組振動的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及，在此不再重復(fù)。4 機(jī)組真空和排汽缸溫度 機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐 落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn) 生影響。5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流 當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)本身存在一定 量的質(zhì)量不平衡時，由于膨脹會使

17、該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機(jī) 自身存在膨脹不均時，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡， 而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短 路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象，此處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量堆積而使 膨脹較大，這就與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，又會形成一動態(tài)的質(zhì)量不平衡。6 斷葉片 當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在 現(xiàn)場有時可能不會被察覺，因?yàn)檎駝拥淖兓劝ㄕ駝哟笮〉淖兓舶ㄕ駝酉辔坏淖兓?/p>

18、而現(xiàn)場大多數(shù) 儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設(shè)計制造和安裝檢修期間采用適 當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時應(yīng)盡量平穩(wěn)。7 大機(jī)組的調(diào)門控制方式根據(jù)資料和本人的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的 300 MW 機(jī)組在運(yùn)行過程中已經(jīng)有好幾臺機(jī)組出現(xiàn)了 1 號和 2 號大軸振動偏大的現(xiàn)象。通過對振動機(jī)組大軸振動的頻譜分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)振動發(fā)生時振動明顯存在半 頻分量。 根據(jù)分析及最后采用的措施來看， 改變機(jī)組調(diào)門的控制方式可以控制的機(jī)組的振動。 具體原因是： 由于機(jī)組受熱后 1 號和 2號軸承的膨脹不一樣，結(jié)果造成 1號軸承負(fù)荷較輕而 2 號軸承負(fù)荷較重的情況， 再加上

19、軸承的穩(wěn)定性不是太好，于是在外界因素的影響下機(jī)組很容易發(fā)生振動異常，如果將調(diào)門的控制方 式由順序閥控制改為單閥控制，則可以避免順序閥控制時3號調(diào)門開啟而 4 號調(diào)門未開時給轉(zhuǎn)子施加的向上的作用力，而正是這個作用力使 1 號軸承的比壓減小從而使 1 號軸承的負(fù)荷較輕極易使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)造成機(jī) 組的振動。蒸汽輪機(jī)異常振動原因的分析和處理措施關(guān)鍵詞：蒸汽輪機(jī) ,振動 ,措施摘要：對合成氣壓縮機(jī)組蒸汽輪機(jī)異常振動原因進(jìn)行分析，介紹處理措施。在某大型合成氨裝置中，合成氣壓縮機(jī)驅(qū)動機(jī)采用由意大利新比隆公司設(shè)計生產(chǎn)的中壓冷凝式蒸汽輪 機(jī)。自 2002 年初到 8 月份該汽輪機(jī)振動逐漸增加，在同樣工況下前軸承處振動

20、由25m 慢慢上升至近70m，特別是在開停車過程中，前軸承處軸振動達(dá)125m 以上，另外軸承座外殼振動和現(xiàn)場噪音也明顯增大，嚴(yán)重影響機(jī)組本身和整個合成系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷運(yùn)行。1 汽輪機(jī)支承系統(tǒng)簡介合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)型號為 ENK32/45 汽缸靠兩側(cè)的貓爪和后端兩側(cè)的支板支承在后機(jī)架上，缸體 后端兩側(cè)支板處各設(shè)一橫銷，缸體前后兩端下面中間部位各設(shè)一縱銷，這樣整個缸體的定位死點(diǎn)就處于后 端，開停車時缸體以后端為定位端向前膨脹或向后收縮。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子支承在前后徑向軸承上，前后徑向軸承分別安裝在前后軸承座內(nèi)，在前軸承座內(nèi)還安裝有 止推軸承。汽輪機(jī)前軸承座安裝在前機(jī)架上四角由 4 個球形墊圈支承

21、，球形墊圈的高度可由下部的調(diào)整 螺母調(diào)節(jié)，軸承座兩側(cè)各用 2 個固定螺栓壓緊，并且固定螺栓都采取了防松措施。前軸承座兩側(cè)通過2 根以汽缸前端伸出的懸臂桿同缸體連接，當(dāng)缸體向前膨脹時，懸臂螺桿也推動前軸承座在球形墊圈上向前移 動，為此在冷態(tài)安裝時，軸承座固定螺栓不壓死，其頭部同壓板間預(yù)留有0.02 0.03mm 的膨脹間隙 A 。為保證軸承座的左右方向定位，在軸承座的下方還設(shè)有一縱向?qū)тN。2 振動原因查找和分析為查找合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)異常振動的原因。在 2002 年年度大修前，多次對汽輪機(jī)進(jìn)行全面檢查， 發(fā)現(xiàn)前軸承座的 4 個固定螺栓頭部同壓板間有較大間隙，且分布不均勻，順著汽輪機(jī)方向看， 4

22、 個螺栓的 間隙分別為：前左 0.50mm，前右 0.60mm，后左 1.10mm ，后右 1.20mm.。汽輪機(jī)正常運(yùn)行時， 由于軸承座受熱膨脹， 補(bǔ)償了軸承座固定螺栓頭部同壓板間冷態(tài)預(yù)留的膨脹間隙， 二者間應(yīng)基本處于無間隙狀態(tài)。 由圖 l 可以看出， 軸承座每側(cè) 2 個固定螺栓都采取了連接點(diǎn)焊的防松措施， 因此螺栓不會自己松動退出。因此固定螺栓頭部同壓板間出現(xiàn)較大間隙的原因只能是軸承座出現(xiàn)了下沉， 軸承座與固定螺栓對應(yīng)處下移量大致等于該部位實(shí)際出現(xiàn)的間隙量。在前軸承座中，徑向軸承的安裝位置 靠近后端兩個支承點(diǎn)，由于軸承座后端下沉量較大，所以徑向軸承實(shí)際下沉量要大于軸承座平均下沉量 （ 0.

23、85mm ）。汽輪機(jī)前徑向軸承隨軸承座下沉，引起其上支承的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子前端下沉，轉(zhuǎn)子下沉量大致等于前徑向 軸承下沉量。 經(jīng)查資料汽輪機(jī)前軸封， 平衡盤汽封及前幾級葉輪汽封處徑向間隙均為0.20 0.40mm，因此轉(zhuǎn)子的下移量足以使轉(zhuǎn)子前端同汽缸前汽封下部及前幾級隔板汽封下部產(chǎn)生磨擦，引起轉(zhuǎn)子和汽缸振動， 轉(zhuǎn)子振動帶動軸承座產(chǎn)生振動。因汽缸質(zhì)量較大，受影響相對小些。由于磨擦主要發(fā)生在前端，所以轉(zhuǎn)子 前端及前軸承座振動升幅比后端要大。動靜部件間的磨擦和產(chǎn)生的振動也使現(xiàn)場噪音有所增加。軸承座四角不均勻下沉，也破壞了軸承座中心線同轉(zhuǎn)子中心線的平行狀態(tài)，使徑向和止推軸承瓦塊工 作狀況變壞；另外軸承座帶動轉(zhuǎn)

24、子下沉，還使轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)的徑向位置嚴(yán)重偏心，這些都是激起轉(zhuǎn)子振動 的重要原因。分析認(rèn)為造成軸承座下沉的原因大致有 3 點(diǎn)：球形墊下部與可調(diào)支承螺母間磨損；球形墊上部與 軸承座下支承面間發(fā)生磨損；可調(diào)支承螺母松動下移。3 故障排除2002 年大修中，把合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)檢修重點(diǎn)放在前軸承座上。 將前軸承座吊出檢查，發(fā)現(xiàn)四角 支承系統(tǒng)中的 4 個可調(diào)支承螺母均緊固良好。但是，軸承座下部支承面同球形墊接觸處磨出 4 個深度不同 的環(huán)形凹坑，其深度為：前左 0.20 mm，前右 0.40 mm，后左 0.50 mm，后右 0.80 mm。檢查前軸承徑向瓦 塊和推力瓦塊，均出現(xiàn)偏磨。汽輪機(jī)缸體前端軸封

25、、平衡盤密封、缸體前半部各級葉輪密封的汽封齒被嚴(yán) 重磨損。轉(zhuǎn)子上鑲嵌的前軸封齒，前幾級葉輪的級間汽封齒都嚴(yán)重磨損。在開停車過程中，汽輪機(jī)前軸承座要在其球形支承墊上前后移動，但當(dāng)軸承座下部支承面被球形墊磨 出凹坑后，球形墊上部便有部分嵌入凹坑內(nèi)，嚴(yán)重影響軸承座的前后正?；瑒印z修中，把前軸承座下部支承面精加工處理，消除凹坑，對下半缸內(nèi)磨損的汽封齒進(jìn)行了修復(fù)，更換 了 4 套球形墊及下部調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還更換了前端軸封套、平衡盤汽封套、轉(zhuǎn)子、軸承。前軸承座就位后，以 缸體為基準(zhǔn)， 按原始安裝標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)整軸承座的高度， 水平度和左右位置， 使軸承座中心同缸體中心同心。檢修后開車一年多來，合成氣壓縮機(jī)組汽輪

26、機(jī)軸振動值小于30m，前軸承處軸振動值在滿負(fù)荷、超額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時也不超過 20m ，開停車過程軸振動值小于 50m，汽輪機(jī)前軸承座外殼振動及現(xiàn)場噪音 也大大降低。4 結(jié)束語此合成氨裝置中使用的 4 臺蒸汽輪機(jī)，其軸承座的支承方式都是采用四角 4 個球形墊支承，這種支承 方式的優(yōu)點(diǎn)是軸承座移動靈活，上下位置調(diào)整方便，其不足就是支承承力面較小，由于振動等原因，支承 元件容易發(fā)生磨損，引起軸承座下沉。因此，在對大機(jī)組的日常巡檢及檢修時，要把汽輪機(jī)軸承座支承系 統(tǒng)的檢查作為重點(diǎn)，及時發(fā)現(xiàn)問題，防患于未然。必要時可采取在兩側(cè)支承元件間各加一備用支承板的措 施，如圖 1中所示的部件（備用支承板上部同軸承

27、座下支承面間預(yù)留0.05 0.06 mm 間隙），能有效地防止因軸承座下降過多造成的動靜部件磨擦。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起的振動分析摘 要 針對 50MW 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的故障事件，通過對汽輪機(jī)振動特點(diǎn)的描述，分析了汽輪 機(jī)振動和轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的原因以及引起振動的機(jī)理，提出了該故障的診斷方法和防止轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的 措施。關(guān)鍵詞 汽輪機(jī)；轉(zhuǎn)子；振動2004 年河南省電力系統(tǒng)連續(xù)出現(xiàn) 2 起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的故障， 1 臺為 125 MW 機(jī)組， 1 臺為 50 MW 機(jī)組。本文針對其中的 1 臺 50 MW 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因進(jìn)行了分析，并提出該故障的診斷 方法和解決問題的途徑。

28、1 振動特點(diǎn)汽輪機(jī)型號為 C50-8.83/0.981 ，發(fā)電機(jī)型號為 QF-60-2 。如圖 1 所示， 1 ，2 號軸承支承汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子， 1 號軸承為座落前箱內(nèi)的落地軸承， 2 號軸承座落在排汽缸上， 3 ， 4 號軸承支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為落地軸 承。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以剛性聯(lián)軸器連接。1.1 配重前啟動2004-06-26 ，啟動升速至過臨界轉(zhuǎn)速的過程中， 2 號軸承最大振動為 39.1 祄，其它軸承振動均小于 3 0 祄，說明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)良好?？蛰d 3 000 r/min 下，除了 2 號軸承垂直振動 39 祄外，其它軸承振動均在 30 祄以下。帶負(fù)荷到 48MW

29、， 2 號軸承振動從 60 祄很快升至 84.5 祄，被迫打閘停機(jī)。降速過臨界轉(zhuǎn)速 2 號軸承垂直振動達(dá) 1 25 祄。盤車時， 大軸撓度比開機(jī)增大 40 祄。從 3 000 r/min 帶負(fù)荷停機(jī)過程的軸承垂直振動趨勢 圖可知， 振動增大的部位主要是 2 號軸承， 發(fā)電機(jī)的 2 個軸承振動基本不變， 因而可以判定故障存在于汽 輪機(jī)側(cè)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般存在轉(zhuǎn)子熱變形的機(jī)組，只要把空載 3 000 r/min 時的下軸承基頻振動降低到 20 祄以下，帶負(fù)荷后的振動就能維持在 50 祄以內(nèi)的合格范圍。所以停機(jī)后在汽輪機(jī)末級葉輪進(jìn)行配重，以 降低 2 號軸承的垂直振動。1.2 配重后啟動2004-

30、06-27 ，機(jī)組配置后再次啟動，在空載 3 000 r/min 下， 2 號軸承的垂直振動為 15 祄，其它均小于 15 祄。帶負(fù)荷 20 MW 時振動基本不變，負(fù)荷增到 30 MW ， 2 號軸承振動增大至 40 祄，穩(wěn)定一 段時間后，振動稍有降低。接著開始升負(fù)荷至 35 MW ，振動升至 46.8 祄。立刻減負(fù)荷至 30 MW，振 動突升至 54.1 祄，又升負(fù)荷至 37 MW ，振動繼續(xù)升高。隨即減負(fù)荷，當(dāng)振動升到91.7 祄時，打閘停機(jī)。降速過臨界轉(zhuǎn)速 2 號軸承垂直振動達(dá) 8 祄。盤車時大軸撓度比開機(jī)增大 100 祄。1.3 第 3 次啟動前2次啟動過程中，后汽封溫度達(dá) 300 ，

31、而該汽封設(shè)計汽源為除氧器汽平衡供汽，溫度在 150 左右， 顯然后汽封溫度偏高；另外，前 2 次啟動過程中，本體疏水沒有打開。為了排除這 2 個因素的影響， 2004-06-29 又開一次機(jī)。 在這一次啟動過程中， 本體疏水全部打開， 后汽 封溫度控制在 160 以下。這次從啟動升速過程到 20 MW 負(fù)荷，2 號軸承振動與上一次差別不大。負(fù)荷 到 24 MW ， 2 號軸承振動開始快速突升到90.7 祄，被迫打閘停機(jī)。3 次啟動過程的振動特點(diǎn)為：(1) 振動主要是基頻成份，其它分量很少，因此屬于不平衡激起的強(qiáng)迫振動；(2) 振動隨時間和啟停機(jī)的次數(shù)增多而顯著增大， 振動突增負(fù)荷點(diǎn)一次比一次小

32、， 說明振動故障逐次惡化；(3) 當(dāng)振動突增后，即使減負(fù)荷到 0 ，振動亦不會降低而是繼續(xù)增加。停機(jī)過程中過臨界轉(zhuǎn)速的振動值 比開機(jī)過程大；(4) 2 號軸承振動一旦開始爬升很快發(fā)散至報警值， 并且沒有盡頭， 在這種振動狀態(tài)下機(jī)組是無法運(yùn)行的。2 振動原因分析 該機(jī)組振動的基本特點(diǎn)是，隨著時間增加，不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動增加。造成這種振動的故障缺陷可能是：(1) 汽缸膨脹受阻 , 使軸承支承剛度降低；(2) 轉(zhuǎn)子熱彎曲。通過檢查沒有發(fā)現(xiàn)絕對膨脹、脹差在啟動過程中出現(xiàn)異常，軸承座與臺板接觸面也沒有出現(xiàn)間隙，膨脹也 沒有卡澀跡象，所以可以排除第一項(xiàng)缺陷，因而轉(zhuǎn)子熱彎曲成為主要懷疑對象。 造成轉(zhuǎn)子熱彎曲的原

33、因如下：(1) 轉(zhuǎn)軸內(nèi)應(yīng)力過大；(2) 轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均；(3) 轉(zhuǎn)軸套裝部件失去緊力；(4) 高溫轉(zhuǎn)子與冷水、冷汽接觸；(5) 動靜摩擦；(6) 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油。根據(jù)振動的變化特點(diǎn)，可以排除第1 3 個原因，因?yàn)檫@ 3 個原因引起的振動均變化緩慢，而該機(jī)的振動會出現(xiàn)突變，且隨啟停次數(shù)的增加，一次比一次嚴(yán)重。因試運(yùn)過程中未發(fā)現(xiàn)汽缸和本體疏水情況出現(xiàn)異常，可以排除第 4 個原因。因摩擦振動的相位變化較大，而該機(jī)振動的相位變化較小 (20 。左右 ) ，所以可以排除第 5 個原因。只有第 6 個原因不能排除，有必要對轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)行檢查。3 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因及其引起振動的機(jī)理打開汽輪機(jī)前箱，拆掉調(diào)速器

34、小軸，這時就從孔中流出重約 1 kg 的黑色油，經(jīng)化驗(yàn)，與該機(jī)組使用的潤 滑油相同， 說明油是從孔外吸入的。 清理干凈孔內(nèi)進(jìn)油， 將轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔堵死后， 重新啟動， 機(jī)組在 50 MW 負(fù)荷下長時間運(yùn)行， 1 4 號軸承振動均在 10 祄左右。3.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的原因，一是探傷時中心孔內(nèi)涂的油沒有清理干凈。就該機(jī)而言，安裝前已對中心孔進(jìn)行 檢查，未發(fā)現(xiàn)存油。 另一個原因是中心孔端部堵頭上的排氣孔未封嚴(yán)， 運(yùn)行中， 孔內(nèi)的空氣受熱膨脹逸出， 停機(jī)后轉(zhuǎn)子冷卻，孔內(nèi)的空氣也冷卻收縮，外界的空氣就會通過鍵與聯(lián)軸器的間隙和中心孔堵頭上的排氣孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心孔。停機(jī)

35、后機(jī)組進(jìn)行盤車，來自噴油管的潤滑油對盤車大齒輪進(jìn)行潤滑，此時，該股潤滑 油也隨外界空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心孔。隨著機(jī)組啟停次數(shù)增加，進(jìn)入中心孔的潤滑油也越積越多。3.2 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起振動的機(jī)理 在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)存油而未充滿時，在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。由于轉(zhuǎn) 子存在一定的撓度，致使中心孔的幾何中心和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心不重合，因而孔壁上的油膜厚度不同，當(dāng)轉(zhuǎn) 子溫度升高時，油與孔壁間產(chǎn)生熱交換，油吸熱而氣化。由于不同厚度的油膜與孔壁間的熱交換的程度不 同，使轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生溫差，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲。熱彎曲不但隨著機(jī)組有功負(fù)荷的增大而加大，而且在暖機(jī)和 升速過程中也能明顯反映出來。暖機(jī)

36、時間較長會引起過大振動，甚至使機(jī)組不能升速到滿轉(zhuǎn)。并且，開停 機(jī)次數(shù)愈多，被吸進(jìn)轉(zhuǎn)子中心孔的油愈多，振動現(xiàn)象愈明顯。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油達(dá) 0.15 kg ，就 會使機(jī)組振動發(fā)生明顯的變化。氣化的油有 2 種去向：一是逸出轉(zhuǎn)子中心孔外，二是在轉(zhuǎn)子低溫段凝結(jié)，放出凝結(jié)熱，這同樣會引起不均 勻的熱交換。油與孔壁的熱交換隨著轉(zhuǎn)子溫度的升高而加快，使轉(zhuǎn)子熱彎曲逐漸增大，由于汽輪機(jī)缸內(nèi)動靜間隙小，還 可能引起動靜摩擦，導(dǎo)致振動持續(xù)增加或突變。4 防止轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的措施(1) 對轉(zhuǎn)子中心孔探傷時，里面涂的油一定要清理干凈，并把堵頭堵好。(2) 由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔與外界相通是發(fā)生轉(zhuǎn)子中

37、心孔進(jìn)油的主要原因， 因此在安裝時 應(yīng)進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有排氣孔就應(yīng)把它堵死。制造廠應(yīng)取消汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心堵頭的排氣孔或者采用實(shí)心轉(zhuǎn) 子。(3) 有些轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油是從轉(zhuǎn)子前面吸入的，所以安裝時還要檢查調(diào)速器小軸是否存在進(jìn)油的隱患。電站汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥振動試驗(yàn)研究1 調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣流振蕩引起的閥桿振動閥體內(nèi)流動所引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象是一種綜汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥內(nèi)的流動是復(fù)雜的非定常三維可壓湍流流動，合效應(yīng)，一般來講，閥門中的流動是非定常的，閥門的振動是流固耦合的。閥桿的振動形式有橫向振動和 軸向振動兩種，這兩種振動的頻率并不相同。僅就汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門安全性而言，類似閥桿斷裂1.2 、閥桿振動3 、閥座拔起 1等事故曾經(jīng)

38、發(fā)生，而調(diào)節(jié)閥氣體流動的不穩(wěn)定是導(dǎo)致閥體振動的主要原因5 。由于調(diào)節(jié)閥要在不同的開度下工作，要求它在各種工況下都能穩(wěn)定工作， 所以對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)和研究十 分必要。本文以電站汽輪機(jī)常用的調(diào)節(jié)閥作為研究對象。2 旋渦誘發(fā)的振動調(diào)節(jié)閥進(jìn)口氣體流向閥桿和閥瓣， 閥桿和閥瓣周圍的流態(tài)是圓柱體繞流的情況。在尾流中形成一個 規(guī)則的旋渦流型，這種旋渦流動和圓柱體的運(yùn)動相互作用，并且成為旋渦誘發(fā)振動效應(yīng)的根源。當(dāng)雷諾數(shù) 從 300 到大約 310 5的范圍內(nèi)時，旋渦會以一個相當(dāng)明確的頻率周期性地脫落6 。對于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的閥桿和閥瓣來說，如果旋渦脫落頻率恰好接近或等于閥桿的固有頻率時，會造成閥桿的振動或共

39、振，進(jìn)而 可能造成破壞。對于閥桿 - 閥瓣這樣的圓柱體，旋渦脫落頻率分布在很寬的一個頻帶里，其主導(dǎo)頻率為：式中， St 斯托羅哈爾數(shù)U 來流速度， m/sl - 特征尺度， m如果來流的流動速度剛好導(dǎo)致閥桿和閥瓣共振時， 不但會對閥體本身造成破壞， 而且會增強(qiáng)旋渦的強(qiáng) 度，使得與調(diào)節(jié)閥連接的其他構(gòu)件的不穩(wěn)定性增加。所以，要盡量避免使閥體的振動頻率為旋渦脫落頻率 的約數(shù)或倍數(shù)，以免產(chǎn)生連鎖效應(yīng)。3 調(diào)節(jié)閥模型試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎眯途€閥，介質(zhì)為空氣。由高壓氣源來的空氣進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，進(jìn)口和出口方向形成 90 （圖1 ）。氣流進(jìn)入閥瓣和閥座間的環(huán)形通道流出后流入閥座，經(jīng)閥座漸擴(kuò)段擴(kuò)壓后排出。試驗(yàn)中，氣體流量

40、、 壓力溫度有專門的測量管段和測點(diǎn)， 動態(tài)壓力采用直徑為 1.6mm 的超微型壓力傳感器及其高頻動態(tài)采集 系統(tǒng)來測定。在閥門各關(guān)鍵部位都設(shè)置了測點(diǎn)。由于閥座喉部及閥瓣表面是最能直接反映閥內(nèi)流體流動變 化情況的， 所以在閥座喉部至少布置 3 個測點(diǎn)（間隔 90布置，記為閥座喉部 1 、2 和 3，分別對應(yīng)喉部的下、右、和上方）。另外，在閥座漸擴(kuò)段、收縮段也相應(yīng)布置了測點(diǎn)。4 閥桿 - 閥瓣的固有頻率由于閥桿 - 閥瓣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其橫向剛性遠(yuǎn)小于軸向剛性，使其低階固有頻率以橫向?yàn)橹?。而軸向固有 頻率很大，一般很難發(fā)生低頻大振幅的軸向共振， 軸向振動大多是由于軸向激振力所引起的強(qiáng)迫振動。 為了搞清楚調(diào)

41、節(jié)閥內(nèi)氣體流動與閥桿 - 閥瓣固有頻率之間的關(guān)系，本文進(jìn)行了兩種具有不同固有頻率的閥 桿 - 閥瓣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥動態(tài)壓力測試和計算，即原型閥瓣和增大質(zhì)量的閥瓣 （稱為大質(zhì)量閥瓣或閥瓣）閥桿- 閥瓣各階固有頻率如表 1 所示。表 1 線型閥瓣 和原型閥瓣固有頻率固有頻率階次一二三四固有頻率（ Hz）閥瓣9.4 19.8412.5 418.8782.3 790.5953.1原型閥瓣20.8 23.1418.8 420834.4 859.412565 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)是在不同壓比和相對升程下進(jìn)行的。 壓比 為閥后與閥前壓力之比， 相對升程 為閥桿的升程與 閥門的配合直徑之比。試驗(yàn)壓比范圍 0.400.95 ，相對升程范圍 3.7%41% 。本文把相對升程 =10%20% 稱為中等升程，壓比 =0.60.7 稱為中等壓比。動態(tài)壓力脈動的峰