汽轮机典型振动现象
汽轮机典型振动现象
摘 要：引起汽轮机振动的原因繁多，近年来，随着大容量火力发电机组的大量投运，汽轮机的制造、安装水平不断提高，以往一些引起汽轮机振动的原因逐渐突显出来。
实际生产中，结合现有资料，综合分析振动现象和检修信息，找出大致规律，采取运行调整措施，部分振动问题能得到有效控制。
关键词：汽轮机;振动;分析
引言
大型燃煤火电厂用汽轮机主要分为带动发电机旋转的主汽轮机(简称大机)，和带动汽动给水泵运行的小汽轮机(简称小机)。
大小机原理相同，但类型不同，运行转速不同，同样作为高速转机，都会遇到不同类型的振动问题，文章总结某电厂自调试以来遇到的多起不同原因引起的大小机振动问题，通过现象浅析原因，对其它机组有借鉴意义。
1 大机高中压转子振动
主要现象为大机在额定主蒸汽压力工况，当负荷高于某一较高数值时，高中压转子两端的#1、2轴振出现不稳定波动，振幅多次超过报警值，并且振动以低频为主。
针对此情况，现场通过缓慢调整改变高压调节阀进汽顺序，轴振动幅值重新回到正常范围。
但由于阀序的改变，蒸汽对转子的作用力发生变化，导致#1、2轴承金属温度大幅升高，但在满负荷时仍在可控范围内。
阀序改变前后数据详见表1。
类似这种随机波动及振动以低频为主的特点，根据转子动力学分析判断，此类振动属于蒸汽激励振动[1]。
调节阀的进汽顺序和开启大小是可能导致蒸汽激励振动的一个重要原因，其它原因还包括轴系膨胀不均或受力不均等。
对出现上述振动情况的机组，采取调整高压调阀进汽顺序是成本较低的一种方法，但要综合考虑调整过后对轴承受力和低压轴系的影响，要想彻底解决此类问题，还要从设计入手，从源头抓起，改进轴系稳定性设计，减小或消除蒸汽激振力，提高轴系稳定性。
2 大机#6轴承振动
此类振动表现为低压转子#6轴承在稳定运行或带负荷过程出现振动爬升现象，而且与真空、低压轴封温度、油温有较强的关联性，低真空度能使振动有所好转。
就座缸式轴承的特点来说，#6轴承振动不稳定与低压台板面的安装状态有很大关系，台板面安装质量不好会导致热态下台板面产生间隙，从而导致连接刚度的下降，进而导致轴承箱整体支撑刚度的下降，受低压缸高真空度的作用，缸体容易产生变形。
如果变形量过大，则引发低压转子端部轴封段动静碰摩，导致低压转子振动爬升和剧烈波动。
这种情况下的振动属于普通强迫振动。
按设计要求调整#6轴承箱附件台板面安装状态是根本解决之道。
在机组运行状态下，适当降低机组真空度，对振动具有很大程度缓和作用，但降低了机组经济性。
适当升高润滑油温度，增加油膜刚度也是可采取的措施之一。
3 转子不对中引起的'振动
联轴器是连接不同转子使之共同旋转以传递扭矩的机械设备，对存在联轴器螺栓紧力不足或螺孔间隙偏大隐患的机组，当负荷带到某一数值(即轴系扭矩增加到一定值)时，联轴器会发生相互错位，使轴系对中状态发生变化，联轴器连接的转子振动响应(幅值、相位)会发生突变(此类型振动现象与转子掉叶片现象有相同之处，都属于突发振动)。
运行中发生不对中引起的振动具有突发性，一倍频，发生在某一负荷点，相邻轴承振动变化可能反相等特点。
此类振动如果发生在小机上，比较典型的现象是，非临界转速情况下，当达到某一转速时，振动突增，当高于这一转速时，振动又出现较快下降。
通过停运小机，重新找中，问题得到根本解决。
4 动静碰磨引起的振动
因节能降耗的要求，大部分电厂为降低机组热耗，在检修中往往把大小机轴封、汽封间隙调整至较小，因此在检修后启动时机组发生轻微动静碰摩成为近几年来较常见故障。
此种情况下的振动现象通常表现为转速不变，振动副值逐渐爬升，振动频谱始终以一倍频为主，且停机降速过程的振动比升速过程大很多，是典型的摩擦振动[2]。
当上述情况都吻合时，在运行中应注意各项参数不要大幅度剧烈变化，如果振动有爬升现象，应注意检查运行参数是否有异(蒸汽温度，真空、轴封温度等)，在振动增大到一定程度后，可考虑降负荷、降转速，直至停运。
待转子冷却一定时间后再次启动，缓慢升转速，保持在某一转速数小时甚至数十小时，使碰磨部位自行磨损。
实际现场遇到这种情况，需要全面分析、对故障的准确判断，必须防止过大的振动造成大轴弯曲，严重的碰磨，必须揭缸消除碰磨接触部位。
在振动较大且仍快速增大时，应按照规程迅速采取必要措施，防止事故发生。
5 油膜涡动
涡动是转子在作高速旋转的同时，还环绕轴瓦某一中心作公转运动。
如果转子主要是由于油膜力的激励作用而引起涡动，则转子轴颈的涡动角速度将接近转速的一半，故有时也称之为“半速涡动”。
通过频谱可以看出此类振动发生时主要是0.5倍频分量大幅升高，基频分量基本不变。
如果转速升高到第一临界转速的2倍以上时，半速涡动频率就有可能达到第一临界转速，此时会发生共振，造成振幅突增，半频谐波振幅值增大到接近或超过基频振幅。
油膜涡动的起始失稳转速与转子的载荷有关[3]，轻载转子在第一临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但振幅相对较小;当转速达到第一临界转速时，转子由于共振而有较大的振幅;越过第一临界转速后振幅再次减少。
对于重载转子，转子的稳定性较好，低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达到两倍的第一临界转速时，也不会立即发生很大的振动，当转速达到两倍的第一临界转速之后的某一转速时，才发生突振。
某厂1A汽泵组在检修后满负荷运行时发生的突发性周期振动就属于这类振动，具体现象为机组满负荷600MW时，1A汽泵泵体端振动突然上升一倍，持续十几秒到两分钟后，未经任何调整，自动恢复正常。
通过检查TDM系统1A汽泵振动频谱图，发现#4轴承振动突升时，4X通频值73.1μm，此时1倍频为22μm，2倍频为1.0μm，0.5倍频为4.9μm，0.6倍频为53.0μm;4Y通频值41.0μm， 1倍频为9.2μm，2倍频为0.5μm，0.5倍频为3.8μm，0.6倍频为30.1μm。
据此基本可以判断轴瓦出现了油膜涡动引起的自激振动，振动尚能收敛，振动最大值80μm左右。
振动趋势如图1所示。
图1 1A汽泵油膜涡动趋势
在处理上，一方面通过提高润滑油温度缓解油膜涡动，延长振动周期，另一方面利用夜间停泵，调整轴瓦间隙，增加轴承承载能力，该振动现象得到根本解决。
6 结束语
汽轮机的振动研究涉及知识面广，系统分析计算复杂，相同的振动现象也有可能是多种因素共同作用的结果。
实际现场环境，作为技术人员，除了对各类信息的综合判断，还要心怀敬畏。
通过对五类汽轮机振动现象的描述，分析振动原因和解决方法，为同类型机组振动问题提供借鉴和参考。
参考文献
[1]袁惠群.转子动力学基础[M].冶金工业出版社，2013.
[2]丁千，陈予恕.汽轮发电机组摩擦振动研究现状[J].汽轮机技术，2005(5)：321-323.
[3]张煜.汽轮发电机组油膜失稳故障分析及诊断方法研究[D].北京：华北电力大学，2012.
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