大型汽轮机机组振动故障分析

weixin

　　一、大型汽轮机故障分析

　　汽轮机组总是发生故障，主要是由于汽轮机进行长时间的运行从而导致其关键部位受到磨损，这样就对机组的正常运行产生了很大负面影响。据研究发现，振动是造成汽轮机磨损的重要原因，又有很多因素会导致汽轮机发生振动，比如进汽的参数、疏水、所用油的温度和质量等，这些因素都对机组的振动有很大的影响。可见，只要任何一个设备或介质都跟机组有关系，都有可能是机组发生异常振动的原因。

　　二、常见汽轮机振动故障分析及处理

　　1. 对汽轮机常见的异常振动进行分析并排除

　　下面将会详细论述针对引起汽轮机组异常振动的主要原因，包括汽流激振、转子热变形、摩擦振动等三个主要方面：

　　(1) 汽流激振与故障排除
　　由于受到不均衡的气流冲击力，导致汽轮机组的叶片会发生汽流激振现象;而对于末级较长的大型机组来说，发生汽流激振现象的原因可能是由于在叶片膨胀末端，气体发生流道的紊乱。因此，较大量值的低频分量、振动的增大受负荷等等具有明显的影响，就成为汽流激振的明显标志。针对这两大特征，根据较长时间以来对每次机组振动记录的数据进行分析，将相关曲线绘制出来，再观察曲线的变化规律，总结成书面文字，方便以后的工作。经过一系列的实验表明，为了避免汽流激振的产生，可以采用降低负荷的变化速率的方式。

　　(2) 由转子的热变形导致的机组异常振动特征和原因及其应对措施
　　引发汽轮机振动的原因还有很多，例如转子发生的热变形。这种情况的发生在很大程度上取决于转子的温度以及蒸汽参数。转子的热变形大多数都发生在带负荷阶段，也就是在机组启机定速之后，增加的是一倍频振幅。此时，随着转子的温度越来越大，材质内应力发生释放，从而引起转子发生热变形。同时，随着一倍频振动的增加相位也发生变化，从而导致转子发生弯曲变形，就引发了转子的异常振动。

　　(3) 摩擦振动的特征、原因与应对措施


　　汽轮机的摩擦振动有三个主要特征：

　　  · 一是在转子发生热弯曲或热变形时，会产生新的不平衡力，这时候振动信号的主频仍然是工频，不过可能会出现少量分频、倍频和高频分量，这是因为转子受到冲击的影响。

　　  · 二是在汽轮机发生摩擦时，具有波动特性的幅值和相位，其波动可能持续比较长的时间。但是，如果摩擦比较严重，振动的振幅会急剧增大，其幅值和相位停止波动。


　　  · 三是汽轮机的降速超过临界状态时，相对于正常升速时汽轮机发生的振动一般要大很多，转子在停止转动后会发现大轴的晃度有了很明显的增加。


　　2. 低压对轮螺栓挡风护板脱落

　　国内多台机组在汽轮机冲转过程中，当转速达到某一数值时，#4、5、6轴振动突然增大，#5轴振动更是严重超标。紧急停机后，检查发现靠近#5轴承的对轮螺栓挡风板脱落。挡风板分上下两半，对轮上有一个环形槽，用螺丝把护板固定在环形槽内。由于飞护板尺寸太小，或是对轮螺栓不合适，导致护板没有完全固定在环月封n内，在离心力达到一定数值时，把固定螺栓剪断，因此安装时一定要确认护板尺寸大小合适，并固定于飞环形槽内，不得外露。

　　3. 配套设备侧轴振超标

　　发电机#7轴瓦振动超标在国内投产的多台机组中屡有出现，此处一般发生普通强迫振动，并与励磁电流有关，随其波动。导致此类情况发生的原因是发电机转子有变化的不平衡质量。例如：自身或其部件发生热变形、护环可恢复性位移、通风不顺畅、端部线圈热变形、转子与油挡、密封瓦摩擦。还有就是转子在制造厂“热老化”工艺过程不足。或者是转子线棒、槽楔随励磁电流的变化发生径向位移或匝间短路等电气故障。此类振动，现场一般的处理措施是：在低发对轮处加配重，并应兼顾低压缸两侧轴瓦振动。

　　#8轴瓦振动超标，此处轴振动处于合格范围，而瓦振动严重超标。此处振动与低压侧轴瓦振动超标的原因基本相同，都是属于飞轴承座支撑轴瓦的刚度不够。因此，现场应注意以下几个环节：

　　  · 在机组的安装过程中，要保证发电机基础的二次灌浆质量，保证轴承座底板与台板、台板与基础、轴承座中分面间接触良好。


　　  · 保证发电机端盖螺栓紧力足够且均匀。并要做定子负荷分配，按照安装工艺要求阶梯形布置垫片，保证定子承载均匀。


　　  · 要避免氢气冷却器等部件产生共振引起发电机轴瓦振动增大。

　　4. 低压侧轴瓦振动超标

　　近年来国内大型机组低压侧轴瓦振动超标有以下几种：

　　  · 某机组#6轴振动合格，而瓦振动超标。分析此类情况的，轴振动不大，说明转子不存在激振力大问题，而轴瓦振动大，根据现场情况分析有可能是轴承座对轴瓦的支撑刚度不够所致。现场采取了一此加固措施，但效果并不理想。根本的方法还是应从设计入手，选取轴承座刚度好的材料和设计形式等。


　　  · 另外一种现象是某机组在试运行期间出现#6轴Y方向振动在一定范围内波动，而基频振动相对稳定，其两侧轴振动正常，同时在此振动轴承附近听到异音。经过现场分析判断，振动故障仅在#6轴承附近，随后停机检查#6轴瓦，发现上瓦块定位弹簧断裂，更换弹簧后机组重新启动，此处振动消失。


　　  · 再者就是振动方式以基频为主，幅值和相位基本稳定，这种振动一般可通过做动平衡得到改善。


　　5. 励磁端轴振动超标

　　#9车由承为滑环外种端支撑轴承，很多现场也发生过#9轴振动超标问题，在额定转速下#9轴承振动超标，通过试验发现此处振动随转速升高而增大。分析原因一般是设计和安装过程中存在一定的问题。由于飞发电机转子和延伸段采用三支撑结构，延伸端转子相对细且长，因此，当延伸端存在原始不平衡或发电机转子一延伸段联轴器安装超差，导致#9轴颈晃度偏大时，#9轴承处就很可能产生很大的轴振动。当发电机转子一延伸段联轴器连接螺栓紧力不足或不均匀时，随着运行时间的延长，联轴器中心也会发生偏差变化，从而引起不平衡，造成振动逐渐增大。一般此类情况现场最有效的办法还是动平衡。

　　三、结 语

　　汽轮机故障的危害非常严重，只有对异常部位进行定期检查和维护，才能减少汽轮机异常状况的发生。同时还要引进先进的管理技术，加强监督管理，尽可能的减少故障的发生。同时，发电厂还应该注意将技术引进和人才培养结合起来，不断创新岗位工作方式，加强技术性人才的培养，提高整体的工作效率和质量，从而促进大型发电厂机组的稳定运行。

　　来源：北极星火电人公众号(ID：huodianjishu)，作者：姜海富。