摘要：汽轮机是电厂发电系统不可缺少的设备，一旦汽轮机的运行出现问题，特别是汽轮机工作中出现异常振动故障，不但会损坏汽轮机本身，还会对发电系统产生安全威胁，甚至造成较大的经济损失。可见，对汽轮机异常振动的原因进行分析并及时解决问题，对汽轮机的正常运行至关重要。
关键词：汽轮机；异常振动；原因；解决方法
1汽轮机概述
火电厂作为一个国家重要的基础性建设，其能安全可靠的运行是十分重要的。汽轮机是发电系统中最重要的设备，从某种程度上来说，汽轮机的运行状况直接影响着发电系统运行的稳定性与安全性，如果汽轮机运行中出现各种故障或者其他问题，将直接影响着发电厂的运行状况，进而威胁着人们的生命财产安全。具体来说，汽轮机指的是一种以多种形式将能源转化成电能的机械设备，在当前社会中，汽轮机被普遍应用到火电厂行业发展中。汽轮机的内部结构十分复杂，主要是由原动机、压缩机机以及其他动力机械驱动组成的，其工作原理主要是根据电磁力和电力感应定理，借助对空气施加压力来提升气体的运行速度，并且通过导电材料和电磁感应进行电路和磁路的相互交换，以此达到能源转换，满足不同领域的需求。伴随着空气动力学研究的不断深化以及科学技术的不断发展，汽轮机的应用范围进一步扩大，总之汽轮机是一种转换能量与压力的一种机械设备，汽轮机作为发电系统的核心部件，可以为发电系统运行提供充足的动力，造成汽轮机出现故障的原因有很多，解决好汽轮机故障问题有助于提升我国发电系统安全，促进我国发电厂安全的进一步提升。
2汽轮机异常的原因分析
2.1汽轮机持续运行导致的振动
汽轮机在运行过程中可能会出现缸胀不均匀、油系统温度下降、蒸汽质量下降和真空度下降等现象，这些都会导致汽轮机的异常振动。例如，运行过程中振动值处于合格数值范围内的汽轮机，经历过停机大修再次重启初期，汽轮机一号轴承附近振动数值开始上升，但随着功率提升振动逐渐恢复正常，这种振动就是受蒸汽品质的影响造成的激振。在小流量工况下，流场不稳定可能产生与转速频率不成倍数的多种频率激振力，这种激振力会使得调频合格的叶片也产生比较大的动应力。如果叶片和流通部件存在结垢，那么汽流不均匀引起的激振力将进一步增大。
2.2气流激振引发的异常振动
气流激荡引发的振动是汽轮机异常振动的主要原因之一，气流激振具有以下两种特征。第一，气流激振低频分量值异常增大；第二，激振伴随着运行参数的突然变化。引起气流激振的可能性由很多，如静叶出口汽流不均匀引起的激振力；喷嘴调节、回转隔板和部分进汽级静叶片出口汽流不均匀引起的激振力。也可能是汽机负荷参数的设置不合理，或供汽方式错误造成的。振动故障诊断需要在振动问题表现出来以后才能进行，有些振动故障需要针对各个窗口下汽轮机振动记录信息进行分析，有的则需要进行相应的振动试验以后才能判断汽轮机的气流激荡现象。
2.3转子热变形引发的异常振动
由于汽轮机转子锻件的径向纤维组织无法达到绝对的均匀，这就使得组成转子的材料在物理特性上存在不同程度的各向异性。汽轮机转子长时间处于高温环境中，其材质的各向异性将会被放大。当转子受热以后，转轴将会产生不均匀的轴向或径向膨胀，若转子制造工艺差导致各向异性严重时，就会引起转子出现热弯曲从而导致不平衡振动。热不平衡振动的大小与转子的受热状态有直接的关系，当汽机温度异常导致出现温差时，转子制造过程中残留的内应力将不断释放，在汽轮机气缸进水、气缸中进入冷空气造成摩擦等极端情况下，转子的变形量甚至可能超过材料的屈服极限而发生永久变形。
2.4摩擦振动引发的异常振动
在汽轮机的运行中，摩擦无法避免，尤其在汽轮机组的长时间运行下各零部件都会存在不同程度的摩擦，引起汽轮机的异常振动。通常由摩擦所导致的汽轮机振动对汽轮机的正常运行影响不大，甚至可能在摩合过程中逐渐消除。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但由摩擦产生的热量也可能导致转子发热变形，从而间接导致汽轮机的异常振动。由于振动系统的非线性特性，摩擦引发的异常振动会出现一些较为丰富的低频及高频分量。汽轮机摩擦引发振动也会影响波动，长时间波动会加重摩擦，增加汽轮机振幅。摩擦振动会导致汽轮机降速通过临界点时转子振动较高，使得汽轮机停机后仍能测得转子晃动的情况。
3汽轮机异常振动的应对方法
3.1气流激振现象的应对方法
不同的振动原因所引发的异常振动，处理方法也不尽相同。针对汽轮机振现象，需要结合汽轮机具体振动特征，对气流激振现象进行跟踪、记录、分析。首先需要分析汽轮机的振动数据，通过对收集的数据制作相应的振动曲线图，观察汽轮机在运行过程中的振动变化规律，包括振动变化趋势和范围，从而确定汽轮机气流激振现象原因，采取针对性的解决措施。细化控制汽轮机的负荷变化，根据汽轮机的运行状态调节进汽阀开度，快速越过或避开汽流激振的负荷范围，是消除气流激振的有效办法。
3.2转子热变形的异常振动应对方法
由转子变形热引发的汽轮机异常振动的检测方法较为简单，可通过监测转子离心力的大小进行判断。对于离心力不严重的临时性变形，可通过在转子上方加装配重平衡块，使转子重新达到平衡，从而消除振动。针对受损严重的转子，应及时更换汽轮机转动部分、及返修工作，避免热变形引发汽轮机异常振动。此外，应尽量保证转子时刻处于平衡状态，如启停机过程中的长时间盘车，开缸吊出转子后使用盘转子工具等。同时，要做好汽轮机的密封工作，避免冷空气及水的进入或润滑油泄漏等可能造成热不平衡的因素。
3.3摩擦振动故障应对方法
在解决汽轮机摩擦导致的异常振动时，应注意抖动和涡动现象。启动过程发生动静碰摩时，应让机组在较低转速下继续运行，通过摩合的方法，使动静碰摩部分逐渐脱离接触。如果振动超过一定限值应尽快停机，经过一段时间暖机使转子弯曲恢复正常后再次启动。这样经过几个反复，一般都能使摩擦消除。绝不能用“冲临界”的方法强迫将机组开上去，否则非常容易造成汽轮机大轴的永久性弯曲。
4汽轮机异常振动的故障检查步骤
汽轮机组在运行过程中可能会时常出现异常振动情况，引发振动的原因复杂而多样。面对汽轮机发生振动时，常规的检查步骤如下：首先，监视汽轮机的振动频率。在汽轮机组的运行过程中汽轮机会发生振动，如振动频率变化缓慢且在可控范围内，则还有观察的时间逐步分析判断。如汽轮机组的振动幅度变化过大，需要立即采取措施；第二，检查汽轮机的振动相位。具体可通过测量和确认汽轮机的振动相位与相邻死点或相邻轴承相位的关系来确定汽轮机的振动的真实状态；最后，检查汽轮机的振动稳定性。如汽轮机振动呈现急剧上涨趋势，则极易引发异常振动故障，需立即做出改变机组状态的决定。在汽轮机异常振动检修完成后，应根据汽轮机的运行状况进行追踪复修，实现闭环管理，才能切实保证汽轮机安全稳定运行。
结束语
近几年，随着社会经济的快速发展，我国火电厂行业取得较大的发展，伴随着国民经济的不断发展，在电力系统运行中，汽轮机发挥着至关重要的作用，汽轮机的应用范围越来越广泛，在运行领域已经逐渐取代了传统的机械设备，但是汽轮机运行却存在一定问题。在电厂发电过程中，如果汽轮机出现故障或者其他异常现象，将对电力生产以及人身安全产生重大影响。
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论文作者:李志博
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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