摘要:蒸汽轮机中的静态和动态摩擦是引起摩擦振动的常见原因，对汽轮机摩擦振动故障准确的诊断和检查对于提高机器安全性能非常重要。目前，在诊断摩擦误差时，主要根据振动，频谱，波形或轴轨迹的变化来分析振动特性。本文结合320MW发电机的摩擦振动特性，通过进行分析，以改善汽轮机在启动过程中摩擦振动的性能，分析摩擦振动的特性找出发生故障的原因，提出了一种防止发生故障的方法，同时，为提升汽轮机的整体性能起着非常重要的作用。
关键词：电厂；汽机；摩擦振动；故障；分析诊断
1汽轮机的振动概念及振动种类
汽轮机的振动是指汽轮机某部件与其固定的平衡位置件发生偏离，导致部件势能和动能出现不平衡并出现连续的反复运动称为振动，振动多是因轴系的不稳定从而对其他部件造成的。若汽机振动过大，会对转子、油系统、凝汽器带来冲击和影响，严重时会损坏转子，甚至导致火灾等安全事故。汽轮机振动的大小可以从相位、频率、方向、振幅等几个方面进行描述。汽轮机振动过程中振动信号的最大值与转子某一点的相对位置称为相位。汽轮机在特定时间内的振动次数称为频率。
2摩擦原因
动态和静态摩擦问题通常会导致汽轮机其他部件失效问题，例如：导致转子弯曲，它会加剧块体振动的恶化，导致大轴完全弯曲或块体破裂。导致摩擦振动故障的主要原因如下。
（1）转轴振动过大。当旋转轴的振幅超过振动动态和静态偏差时，摩擦振动可能就会发生损坏。
（2）动静间隙不足。设计空间值太小，安装空间太小，或间隔调整不符合安装和维护等要求，导致摩擦振动发生故障。
（3）缸体跑偏、弯曲和变形。如果上辊和下辊之间的温差大并且预热时间不足，则辊可能变形甚至弯曲变形，这也是造成摩擦振动发生故障的一个很大原因。
（4）转子和轴承的不对称。旋转部件的变形和位移，转子和轴承中心不对称，在最外侧导致整个转子倾斜，如果发生下面情况可能会导致摩擦性故障在短时间内迅速增加：①摩擦误差。②摩擦失效类型的故障：振幅连续变化，波动没有明显的规律。
3振动特点及诊断分析
3.1振动特点
发电厂的摩擦振动型号主要有N320-16.2和540。汽轮机由轴，加热器，3个蒸汽缸和脉冲冷凝装置组成。轴系统包括高压转子，压力转子，低压转子，发电机转子，母转子等轴承组成。高压转子和压力转子由3个轴承和另一个转子组成，这是中压缸的启动模式，即中压缸的蒸汽缸。一旦蒸汽参数达到特定要求，来自高压汽缸末级的蒸汽就会迅速加热，就是所谓的高压缸被加热。
从2012年3月31日开始进行第一次启动，启动过程，高压缸倒暖电动门，4X轴振达到138μm后，打闸停机。盘车6h第二次启动，刚达1440r/min时，4X轴振为102μm，7min后4X轴振动水平达到170μm，5X达到126μm。在速度降至1250r/min时暖机4h后4X轴振动保持在84μm，速度在3000r/min，5X达到122μm。固定速度4X达到152μm。该设备在4月1日上午9点39分连接到电网，在带负荷过程中2W轴，3W轴，4W轴和5W轴振直接线加，特别是4W轴，5W轴达到了220μm，立即打闸停机。
3.2机组及振动情况
电厂汽轮机型号535和N135-13.24，发电机型号WX21Z-073LLT，上海汽轮机厂和山东济南发动机厂制造。该装置的轴系统包括高压和中压转子、低压转子、发电机转子和气缸转子。高压，中压转子和低压转子是汽轮机的支撑部件，该系统结构于2010年8月20日建立。
当机器装载开始时，轴承2次和3次摩擦振动超过标准现象，在汽轮机启动过程中观察摩擦振动的特性，然后根据设备的振动趋势对振动数据进行进一步分析，假设不包括以下误差：①装置的振动特性评价，仅用装置达到3000r/min；②振动表现出快速恢复现象，2个轴承的X轴振动从10h迅速变化到15h。振动数据的幅度呈现出快速增长状态，并且振动的幅度在短时间内显着增加。根据上述振动特性，初步估计发生摩擦故障的原因。
3.3诊断分析
基于上述振动特性，每个转子的振动可以确定为静摩擦和动摩擦。动态和静态摩擦主要发生在调试或维修新机器以及维修之后。随着速度和负载的增加，径向间隙可以在明显的振动后进行移动，从而减少磨损。在加热期间，轴的振动逐渐增加。这是因为加热凸缘和双头螺栓的温度与气缸温度不匹配，从而导致高压气缸膨胀。
在启动期间减小设备负载，可以提升转动速度，蒸汽温度上升更快并且气缸更快膨胀。当高压缸的差异膨胀超过1.7mm或平均压力的差异膨胀为正时，轴振动将会呈现2W并且3W的增长趋势，同时，汽轮机切割滚筒也会影响轴的振动。当切割圆筒工作时，蒸汽的温度为420℃。此时，汽缸温度为380℃，部分蒸汽温度高于汽缸温度，导致高压转子比气缸收缩更快并且易于引起不适当的差异膨胀。在蒸汽密封的旋转轴中，蒸汽的链轮和蒸汽的壳体之间的轴向间隙消失，并且发生移动进而停止摩擦。
汽轮机于4月1日下午5点50分第三次启动，轴振动速度为3000r/min定速时4X轴振为141μm，5X为88μm。随着时间的推移，轴振动增加了2W，3W和4W。在测试之后，每次产生波的振动略微减小。此时，4X轴振为106μm，之后就并网负荷，2W，3W，4W和5W的振动又开始爬升，4X轴振达到152μm，5X达到142μm，而且依然在上升，振动特性类似于第二次启动的振动特性。经过6.5h的盘车后，机组在4月2日上午6:40进行第四次启动，升速过程中1W，2W，3W和4W的振动爬升比较快，1200r/min转速下振动过大，其中2X和3X达到约240μm左右，且仍然在上升，于是立即打闸停机。
3.4支撑刚度降低引起振动过大原因
（1）旋转轴和固体止油器之间发生摩擦。由于轴承箱的微小负压，在齿和旋转轴之间会有灰尘和污垢，清除污垢和灰尘，就相当于形成润滑剂。在高温的影响下，轴迅速转动，轴越多，旋转轴上产生的摩擦力和压力输出就越大，间歇性摩擦振动就会起作用。
（2）擦拭旋转轴和蒸汽的分离。由于长时间使用该装置后，气缸的膨胀和变形会减少局部间隙。如果蒸汽参数稍微改变，旋转轴将发生周期性地摩擦，振动主要发生在第二和第三轴承中，第二和第三轴承靠近高压和中压气缸的高温蒸汽入口，这就可以证明第一种积碳式油挡摩擦的可能性比较大。
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。
5结语
综上所述，引发汽轮机异常振动的因素多而复杂，如在汽轮机的运行过程中发现异常振动，技术人员应该根据故障特征分别进行排查，针对汽轮机异常振动的原因，制定相应的故障排除解决措施。解决汽轮机异常振动，对于维护机组安全有着重要的意义。
参考文献
[1]王延博.汽轮发电机组轴系低频振动故障特征及其诊断实例[J].热力发电，2005，01：32-35.