摘要：汽轮机是工业领域的重要设备，其具有组成结构复杂、系统严谨、运行环境特殊，故障率较高等特点，因此汽轮机组的振动诊断诊断技术显得越来越重要。本文通过阐述汽轮机结构及其振动特点，深入探讨汽轮机振动故障诊断低的原因，并提出故障诊断步骤。
关键词：汽轮机；振动故障；诊断技术
一、研究背景
蒸汽是汽轮机的动力来源，其通过蒸汽机的热能能够获得机械能，而支持机械运动。高效是人们广泛使用汽轮机的主要原因，与其它相等同的机器相比其所带来的单机功率更高，运行过程更加平稳。但是由于在设备中存在着喷嘴和叶片等部件，因而其又具有较强的消耗性，在一定程度上造成损失是无法避免的，但是若找不到合理的解决方法，最终会导致设备出现故障而影响正常工作。
二、汽轮机结构及其振动特点分析
1.1汽轮机结构分析
汽轮机的结构从运动方面来看可以分为转动部分和静止部分，转动部分一般由主轴、叶轮、叶片和联轴器等部件构成，而静止部分即是由汽缸、进汽部分、喷嘴、滑销系统、隔板、汽封、加热系统和轴承等部件组织。在实践过程中，通常是为使机组能达到快速启动这一功能，通常把汽缸分为高压缸、中压缸和排汽缸，其间采用隔板分离，部分汽机还设有中轴系统，以期提高机组性能。机组一般有两个径向轴承和两个推力轴承，有的采用双推力支承联合轴，也有的采用单转子三支承结构，现今一般采用椭圆轴承和可倾轴承。在使用汽轮机时，为了可以在机组中灵活启停时减小盘车力矩，避免磨损轴承，可以通过加装高压顶轴装置和低速自动盘车装置来实现。
1.2汽轮机振动特点分析
第一次启动升速至过临界转速的过程中，从轴承振动较小现象可以判断，汽轮机转子和拖带机组转子目前的平衡状态是比较好的。如果要停机后在汽轮机末级叶轮进行配重，应当先把空载3000r/min时的下轴承基频振动降下到安全线以下才可以进行。机组配置后再次启动的情况下，通常是要求轴承的垂直振动为15m，带负荷20mW时振动基本不变。振动升到91.7m时，要及时打闸停机，这时大轴挠度比开机增大100m。当第三次启动时，后汽封温度达300℃，这一次启动过程中，启动升速过程到20mW负荷，振动开始快速突升到90.7m，被迫打闸停机。当振动突增后，振动继续增加，轴承振动一旦开始爬升很快发散至报警值，说明振动故障逐次恶化。
2汽轮机振动故障诊断
2.1故障诊断的准确率低的原因分析
振动诊断技术在各汽轮机使用厂已普遍采用，造成实际应用中准确率低的原因主要是对掌握振动特征、故障机理的重要性认识不足、习惯于反向推理和注意力集中在直观可见的故障上。当遇到振动问题时，主要还是凭个人经验和习惯做法去处理。振动诊断的实际价值在于可以有效、及时地消除振动。当故障诊断的准确率高于50%，那么消振指导作用非常突出；但另一种情况不可忽视，就是准确率为20%~30%时，消振还有可能是一种误导的。习惯于反向推理有两方面的，一方面是正向推理法，另一方面即是反向推理法。正向推理法是在明确认识机组振动故障范围的前提下使用的，这也是这种方法一般滞后于故障诊断发现使用的原因。从实践中看，在振动故障诊断中采用正向推理不多，主要是因为没有普遍关注新诊断方法的应用以及对机组振动故障范围的认识不够。而对故障分析时常用的一种方法即是反向推理法，这种具有依据振动特征反推故障的特点，可以得到各种不同的结论，引导处理振动故障，从而可以降低了故障诊断的准确率。笔者在多年工作中发现，人们往往有这样一个习惯，机组一旦发生振动，往往将注意力集中在机组已发现的一些故障上。这种注意力集中在直观可见的故障上可以说，不能称为振动诊断，而是分析寻找故障，其准确率显然不会高。
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2.2振动故障诊断步骤
改变传统的习惯提高振动故障诊断准确率的最有途径。为了让诊断故障准确率更高，可以按两个步骤来进行，第一步是先确定振动的类别。可以观察振动频谱和另外的特征，把各种振动进行归类。确定故障原因后，再进行判断。第二步是在先查明轴承座刚度正常与否，再看激振力故障原因。第三步是保证转子不平衡力、不平衡电磁力、轴系连接同心度和平直度偏差故障现象真实性后，再确定是否是稳定的普通强迫振动，从而诊断出故障类型。
三、防止故障的措施
（1）排除摩擦振动故障的出现。摩擦振动的振动信号会因为转子热运动而产生新的平衡力，但却依然维持了工频为主频的振动信号频率，限制了倍频、高频和分频的产生，并伴随着严重的“削顶”现象，自然会严重的损害汽轮机机体；同时波动持续的时间会因为受到摩擦的影响而被延长，急剧的增大了相应的振幅，使得汽轮机受到了严重的损害；此外，振动摩擦会提升相应的临界速度，也会损害汽轮机机体。当产生严重摩擦的时候，振幅大小和相位具有波动性，波动的持续时间不定，摩擦非常严重时候，振幅的幅值和相位就不会再波动，振幅呈急剧上升的态势。就转子而言，摩擦会引起涡动或者抖动现象，实质上是对转子的影响，转子会发生热弯曲。动静摩擦过程中，圆周上各点摩擦的程度不同引起转子截面温度不均，加剧转子的热弯曲。就摩擦振动而言，在汽轮机的整个运行过程中都会有振动摩擦出现，这是无法避免的现象，因此，我们只能尽可能的减小摩擦产生的振动影响，而不是去研究如何消灭它。
（2）气流振动的防止。在振动故障出现的多种原因中，最主要的原因之一便是气流振动的形成。根据笔者自身经验的总结，较大量值的低频分量会在汽轮机气流激振的情况下出现；相关运行参数也会对汽轮机的振动造成影响，不断增加的振动幅度，增大了负荷，因而会造成汽轮机的损失。
我们为了将气流引起的振动影响排除，重新调整了在不同负荷的情况下，汽轮机高压进汽门的特性，以便能够更好的将气流激振的现象消除掉。针对机组气流激振产生的原因及特性，分析气流故障需要观察和记录机组每次振动的参数，连同机组负荷状态下数据制定出成组曲线，观察曲线范围和变化的趋势。简单讲在汽轮机正常的运行中，应当采取减少负荷汽压的变化及尽量规避气流激振负荷的方式来降低火力发电厂汽轮机振动故障的发生率。
（3）转子热变形的改善措施。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。机组在冷态带负荷阶段，转子的温度升高，释放的材质内应力会引发转子热变形，倍频振动增大，相位也产生相应的变化。当转子接地的问题在火电厂中出现时，我们能够发现显著变形的情况发生在转子端部的线圈上，汽端的端部线圈的变形也较为严重，影响了汽轮机的正常工作。因而需要将护环下绝缘中的滑移层工艺加强，通常是将一层聚四氯乙烯的滑移材料覆盖在转子的表面，以便尽可能的将自由伸缩的阻力在线匝热膨胀的情况下减少。存在于护环下的工艺推拨角度也应当减少，所选择的线匝铜线必须有一定的银含量，其目的是为了将绕组线匝导线中的抗蠕变性能和屈服强度提高。在负荷的升降和机组的调峰工作中速度控制非常重要，不能太快。
四、总结
振动故障会严重影响火力发电厂机组的正常运行。通过分析发电厂汽轮机振动故障产生的原因及排除方式，给出相应的改善措施。振动故障是在正常运行的情况下难以避免的事情，我们只有通过有效的措施减少振动故障出现，降低火力发电厂振动故障的发生率。
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论文作者:王琦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/6
标签：汽轮机论文; 转子论文; 故障论文; 机组论文; 摩擦论文; 轴承论文; 气流论文; 《电力设备》2018年第36期论文;