摘要：随着社会经济的发展，我国对电力能源的需求也日渐提高，目前火力发电仍然是主要的供电形式。汽轮机作为火电厂发电机组的重要动力设备，会对火电厂运行的安全稳定性和发电效率产生重要的影响。火电厂汽轮机经常会出现异常振动的故障，严重威胁发电机组的正常运行，为此必须要采取有效的预防处理措施，尽可能地降低汽轮机异常振动的出现频率。
关键词：火电厂汽轮机；振动原因；解决方法
引言
在大部分发电企业中，火力发电机组依然是发电的重要设备之一。一直以来，火力发电机组的震动异常都是电力企业在设备运行检修与维护时较为关注的一项内容。振动是汽轮机组状态最常见的外部表现形式。振动信号中包含了丰富的机组状态信息。当机组的状态发生变化时，其振动形态也将随之发生改变。基于此，笔者结合自身的工作经验和相关文献，对汽轮机组震动异常的具体原因进行了总结和分析，并对该类故障的处理方式进行了简单的介绍。
一、汽轮机振动的原因
物体与相应平衡的位置相偏离后，相应的反复性连续运动的形式也会在相应位能和动能的基础上出现，这就是我们常说的振动。在冲击力次数的影响下，我们将振动分为自激振动和强迫振动这两种形式，前者所形成的振动是在遭受一次冲击力以后形成的，后者振动是受到周期性力变化产生的。
我们通常根据频率、振幅、方向和相位等四个方面来描述振动。在日常汽轮机的工作中振动大小即是振幅，常用两种形式表示，一种是单向，一种是双向。在火电厂汽轮机的振动中，相对转子和信号最大值的某点相对位置便是相位。汽轮机在每一秒钟的振动出现的次数即为频率。我们通常将方向分为三个，分别是轴向、纵向和横向。强迫振动的激振力和振幅大小成正相关，振动频率与激振力的频率相等；振动的相位和激振力的相位相关。通常情况下，机组的振动在所难免，但振幅在可控值域内，就是安全的。
二、火电厂汽轮机异常振动的危害
汽轮机作为动力主机，组结构复杂，其安全稳定运行是保障生产运行的基础。汽轮机可靠运行很大程度上取决于机组的振动状态。当振动超过某一限值时，轻者噪音增大，影响转子及其零部件的使用寿命；重者动静部分发生摩擦，损坏零部件，甚至造成整台机组毁坏，严重影响安全生产稳定运行，进而影响火电厂经济效益的提升。
三、汽轮机振动原因分析
（一）设计原因
轴承选型不合理，造成轴承工作稳定性差，因此产生油膜振荡引起汽轮机组的振动；结构设计刚度不够，产生不平衡或支撑力刚度变化从而引起振动；随热态负荷的增加、各轴瓦振动急剧爬升也可能引起汽轮机组振动。以上都是设计考虑不当所造成。
（二）制造原因
1、转子不平衡产生的振动；2、联轴器的加工不精确；3、转子制造缺陷产生的振动；4、其他原因。
（三）安装和检修原因
1、轴承标高不合理；2、转子中心不正：①.转子与汽缸或静子的同心度；②.轴系连接的同心度和平直度；③.轴承标高；3、轴承特性；4、滑销系统；5、摩擦引起振动；6、转子结垢；7、转子中心孔；8、磁场共振。
（四）运行原因
机组的振动除了与上面的因素有关外，还与机组的运行状况存在很大的关系。
1、机组膨胀；2、汽缸的上下温差过大；3、真空下降；4、轴封供汽带水；5、轴承润滑；6、断叶片。
四、汽轮机常见振动的防范措施
1、油膜振荡
油膜自激振荡是汽轮机发电机转子在轴承油膜上高速旋转时，丧失动力稳定性的结果。其特点是振荡主频约等于发电机的一阶临界转速，且不随转速变化而变化。提高轴承和转子工作的稳定性和安全性是故障处理的关键，而为了达到这一目的必须要减小二者之间相互之间的摩擦作用：
1) 增加轴承比压。增加轴承比压就是增加在轴瓦单位垂直投影面积上的轴承载荷，从而提高轴承工作的稳定性。增加轴承比压最方便的办法是调整联轴器中心。这种方法的缺点是高速的幅度有限，只适用于刚性和半挠性联轴器附近的轴瓦。在现场应用最多的方法是缩短轴瓦长度，即降低长颈比。
2) 降低润滑油的粘度。最简单易行的办法是提高轴瓦进油温度。
3) 减少轴瓦顶部间隙，扩大两侧间隙。这个措施就是增加轴承的椭圆度。
4) 增大上瓦的乌金宽度，以便形成油膜，增加轴瓦稳定性。
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5) 换用稳定性好的轴瓦，例如用可倾瓦。
6) 充分平衡同相的不平衡分量。
2、汽流激振
汽流激振有两个主要特征：一，出现较大值的低频分量；二，振动受运行参数影响明显，且增大呈突发性。其主要原因是由于叶片受到不均衡的汽流冲击。对于大型机组，由于末级较长，汽体在叶片末端膨胀所产生的紊流也可能造成汽流激振。同时，轴封也可能发生气流激振现象。应当对汽轮机转子的稳定平衡状态进行检查分析，查看转子质量是否和旋转中心处于相同的运行状态。另外，电厂技术人员在平常检查过程中应当对汽轮机组转子的振动运行数据进行详细记录，并与机组满负荷状态下的振动数据进行整合分析，制定转子的振动曲线图，通过对曲线的观察和分析，可以判定转子运行的状态。通过改变升降负荷速率，观察曲线的变化情况，最终有目的的改变汽轮机不同负荷时的高压调速汽门的重叠特性，消除汽流激振。也就是，确定机组产生汽流激振的工作状态，采用降低负荷变化率和避开气流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。
3、摩擦振动
由摩擦振动引发的汽轮机异常振动，在转子热运动的影响下，汽轮机振动信号会产生一定的平衡力，使得振动信号的主频仍然为工频，火电厂汽轮机正常运行中难以进行高频、分频和倍频的区分，甚至导致削顶现象的发生，进而对汽轮机造成损害。此外，摩擦引发的汽轮机异常振动持续时间往往较长，振幅也会大幅度提高，摩擦所产生的临界速度也会上升，导致汽轮机严重受损。摩擦振动在火电厂汽轮机工作过程中是不可避免的，技术人员只能通过摩擦降低措施减轻摩擦振动的影响。要对汽轮机摩擦力较大的连接处定期更换润滑油，对于使用时间过长的部件要进行及时的修理或者是更换，可以通过合理的维护和保养，降低汽轮机部件的摩擦，降低摩擦振动的不良影响。
4、转子热变形
转子热变形引起的振动与汽轮机振幅的增加有关，而引发转子热变形的主要原因是转子温度和蒸汽参数的变化。转子弯曲引起的振动，由于弯曲的原因不同，各自振动的变现特点也不同。当转子产生永久弯曲而引起振动时，其特点与质量不平衡时的振动情况相同，在通过临界转速时振动幅值特别明显地增大；在汽轮机启动、停机过程中，由于加热或冷却不均匀而引起的弹性热弯曲也会引起振动。可以通过停机重启或降低转速，延长暖机时间等方法，待转子温度均匀后，热弯曲消除，即可消除振动。但是，当弯曲造成汽轮机动静部分摩擦时，如果摩擦力很大，将进一步破坏转子的平衡，使摩擦增大，形成恶性循环，振动波形紊乱，应迅速停机，否则由于局部过热可能造成转子永久弯曲；用有缺陷的材料来锻造转子，具有热不稳定性。这种转子随着被加热而出现弹性热挠性变形。由于热不稳定性而引起汽轮机振动，其幅值与负荷成正比，振幅变化在时间上与负荷变化滞后1-3小时。滞后时间取决于转子结构、质量和蒸汽参数；转子装配时，可能由于叶轮与轴的配合不良、键在键槽中歪斜等原因产生挠性变形，引起汽轮机振动。这种振动常常因为多次启停，造成配合削弱，振幅与相位随之变化
五、 对震动异常现象的技术优化
1、定期检查安排检修计划
目前大型机组都装有轴系监测装置，对振动进行在线监测，为振动监测及分析创造了良好的条件。对于振动的在线监测，要做好记录工作，以便在发生异常振动时进行对比分析，找出振动的原因。以便于检修人员定期进行巡查和及时地、有针对性地制定检修计划。
2、监视参数变化动态
在实际操作中，火电厂机组汽轮出现震动数据异常的原因是十分复杂的，机组内部结构中任何一个部件都会导致振动上的不规律。因此，操作者在工作过程中，要时刻关注机组的运行参数，包括进汽参数、油温参数、疏水参数、油质等，及时分析汽轮机异常振动的真实原因，以便促进解决异常振动。在检测参数的时候，要对以下两种参数进行及时的监测：机组出现大量值的低频分量以及运行参数的爆发性变动量。尽量避免负荷的剧烈波动，调节负荷时，要合理设置升负荷率。
3、进行设备结构维护
机组内部的轴承距离也是引发机组异常振动的重要原因之一。若轴承间隙过小或过大，会导致机组内部结构的碰撞或者运行不稳定。因此，在对汽轮机组进行调整与维护时，需要根据原始数据将轴承间隙重新控制在一个合理的区间内，以确保汽轮机组的健康运转。
同时，为了保证转子的运转顺畅，还要对转子的油膜等构件进行定期的检查与更换。如果大机组顶轴油没有调好，就会削弱油膜的工作效果，导致轴承之间的润滑失灵，加大振动变化。因此，设备的使用者要经常检查油膜、溢流孔等结构是否合理正常。
结语
火电厂汽轮机出现异常振动产生的原因是十分复杂的，而且每个汽轮机组的情况也都不同，因此需要针对每一个机组，进行一系列的试验，找出振动的规律，做好记录工作，结合运行与检修时的资料，进行综合分析，才能找到振动的原因，加以消除。在生产运行中，还必须做好振动监测工作。避免异常振动的发生，确保整个电厂的正常运行。
参考文献
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[3]尚龙.汽轮机常见振动故障和诊断方法探析[J]. 科技创新与应用. 2013（25）
论文作者:秦耀飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：汽轮机论文; 转子论文; 机组论文; 火电厂论文; 轴承论文; 原因论文; 摩擦论文; 《电力设备》2017年第31期论文;