（国华太仓发电有限公司 江苏省太仓市 215433）
摘要：随着经济和社会的高速发展，电力系统需要满足人们日益增涨的需求，电力企业也随之面临更多挑战。汽轮机是电力系统中必不可少的设备，汽轮机的稳定运行直接关系到电力负荷情况，电力系统的稳定运行，对整个城市的经济发展都会产生直接影响。因此，电力企业为了维持电力系统的稳定运行，提出对汽轮机的养护，在此过程中电力企业也会提升自己在本行业的竞争力度。本文将从汽轮机振动故障方面进行阐述，主要内容包含对故障原因的分析，在此基础上提出解决措施。
关键词：汽轮机；振动监测；故障原因；故障排除措施
汽轮机在电力系统中所起到的作用毋庸置疑，对于居民用电也有着直接影响，工业生产中各项电力器械的运行更是离不开电力系统稳定运行的支持。为例确保电力系统的稳定运行，有必要对汽轮机进行定期的检修与保养。汽轮机振动故障是汽轮机故障中比较常见的故障，也会对汽轮机产生较大影响的故障。本文将针对该故障进行原因分析，并在此基础上提出相应的解决措施。
1 汽轮机振动概述
现阶段，我国新建的热电厂大部分都是调整抽气式汽轮机为主。因此，汽轮机的运行稳定状态对电厂安全而言具有十分重要的影响。经过实践分析可知，影响汽轮机稳定运行的因素有很多，且这些不定因素的存在将会对汽轮机的正常运行造成一定的干扰。一旦电厂汽轮机运行过程中出现故障，将会直接影响发电系统的正常工作，进而影响人们的生产和生活。另外，电力系统对我国社会经济发展等具有十分重要的影响，不稳定故障因素的存在将会对社会各行各业的正常运转造成影响，进而影响社会经济健康发展。
汽轮机的振动特点表现在其第一次启动升速到超过其临界转速的时候，通过对轴承振动的大小来判断汽轮机是否产生故障。如果情况良好，则可以判断汽轮机转子与拖带机组的转子在当前处于平衡的状态，轴承未有任何的损伤。汽轮发电机是电厂的主要设备之一，其在运行过程中会经常性的发生一些常见的故障，如果不能及时发现和处理，则会影响发电机的正常运行。特别是汽轮机的异常振动故障，导致其故障发生的原因较多。
2 汽轮机的振动的种类及特征
2.1 不平衡振动
汽轮机的轴不平衡现象是引起振动的主要原因，它主要有四种不平衡的情况，即静不平衡、双面不平衡、动态不平衡与动静不平静中情况。在轴的静态不平衡状态，主要原因是一个截面的不平衡现象，导致轴在旋转时出现一个不平衡的力矩Ｍ，并呈现周期性的变化，导致轴出现一阶转频的振动，容易导致汽轮机损坏，而其它三种平衡状态主要由多个截面的不平衡现象造成，导致转子在转动时各个截面的振动相位与幅度值存在明显的差异，导致汽轮机出现振动。不平衡的主要特征是汽轮机在振动时的波形为正弦波，振动的能量主要集中在基频，如果转子的速度小于转子的固有频率，汽轮机的振幅就会增大，在转子的速度大于转子的固有频率，汽轮机的振幅就会趋向一个固定的频率，在转子的速度等于或者接近转子的固有频率时容易发生共振，汽轮机的振幅就越大，转子的运动轨迹呈现出椭圆的形状，这时对汽轮机的危害就越大。
2.2 轴弯曲
轴弯曲是导致汽轮机产生振动的另一个原因，如果轴和轴系安装不正确，在工作的过程中出现热变形以及设备的自重都会引起轴的弯曲，不平衡状态的实质也是转子不平衡的一种状态，导致在轴旋转时出现一阶转频的横向振动，如果轴弯曲的程度达到某一状态时，还会产生二阶转频ｆ的横向振动，进而更大程度上损害汽轮机。轴弯曲的主要故障特征是转子的特征频率与常伴频率同时出现，振动方向为径向、轴向方向，而且振动的相位比较稳定，汽轮机的振幅比较明显，在汽轮机振动时随着符合变化的不明显。
2.3 轴不对中与连轴节的故障
在汽轮机工装的过程中，如果轴系安装中轴的存在弯曲现象，或者有简答的间隙时，容易造成轴系不对称的情况，导致转子在转动时出现振动的情况，进而出现联轴节在不正常的状态下工作。在具体的工作过程中，轴系不对称主要有轴线平行且存在不对称、两轴线交叉以及两轴线交错等几种不对称的现象。轴系不对称产生的振动主要是一阶转频的轴向振动，在情况严重时会出现一阶转频横向振动，这种情况也是轴系不对称产生振动的重要特征。在振动的过程中，如果一阶转频横向振动介于一阶转频横向振动的振幅的３０％～７０％，将其称之为中度振动，如果达到７５％～１５０％时，就会损害联轴节，导致联轴节出现严重的故障，导致联轴节不能正常使用。轴不对中与连轴节的振动特征是汽轮机振动的特征频率与常伴频率，而且这种振动的频率稳定、方向为径向、轴向两种情况，转子的振动轨迹为双椭圆形状，而且振动的振幅与负荷在变化的过程中都十分明显。
3 汽轮机振动故障原因
3.1 转子热弯曲故障
转子热弯曲故障也是汽轮机振动故障中比较常见的故障原因，汽轮机运行中转子高速运转会产生热量，转子因此处在一个受热的环境下，受热情况可能会导致转子发生一定程度的热弯曲，进而对转子的平衡产生进一步影响。分析热弯曲故障的原因，主要为以下两方面:①汽轮机转子本身材料不均匀，冷却系统故障等;②发电机转子热弯曲各零件衔接的不均匀或者转轴内应力过大。
3.2 液压设备故障
液压设备故障往往是受到汽轮机振动故障影响，当汽轮机出现振动时，液压设备可能会因此而出现渗漏现象，出现渗漏现象后又会反过来影响汽轮机加重振动故障。此外，液压设备的材质也可能对其使用情况造成影响，材质不均匀或者铸造过程带来的不易发现的隐患，都可能会导致液压设备渗漏。液压设备需要维持长期的运行，长期运行可能会使其处于超负荷状态，导致液压设备的外壳出现裂痕或缺口，从而出现渗漏现象，从而对汽轮机造成影响出现振动故障。
3.3 气流激振对振动造成影响
汽轮机的异常振动很大程度上是受到气流激振的影响，汽轮机对振动比较敏感，各种因素都可能会对其产生影响，当汽轮机组受到不平衡气流影响时，振动幅度和频率都会受到影响，从而出现故障。与此同时，汽轮机在受到不平衡气流影响时还可能使原本正常运行的汽轮机组出现大量值的低频分量，从而使汽轮机振动故障出现。究其原因，首先，汽轮机组在受到不平衡气流冲击时会打破原来的运行状态，其次，在加大规模的发电机组内部，如果末级比较长，汽轮发电机组的叶片就会受到影响，会出现膨胀，进而可能会导致气流激振现象的发生，最终对汽轮机造成不良影响。
3.4 轴承的轴向振动
在测量机组振动过程中，常发现轴承的轴向振动过大，其振动频繁与转速相同。
引起轴承轴向振动过大的原因有如下几点：(1)弯曲的转子在旋转时，轴颈产生偏转，轴颈在轴瓦内的油膜承力中心沿轴向随转速发生周期性变化，从而引起轴承座的轴向振动。(2)轴瓦受力中心跟轴承座几何中心不重合。(3)轴承座不稳固。挠曲的转子在旋转时，将力图使轴瓦及轴承座作相应的偏转，但轴承无法追随轴颈的偏转只能形成轴向振动。轴向振动的幅值同转子的挠曲程度成正比，而各轴承振动的相位则取决于转子挠曲弹性线的形状。在一阶临界转速附近转子2个轴承的轴向振动相位相反。而在二阶临界转速附近转子2个轴承的轴向振动相位则相同。
3.5 摩擦振动
在长时间运行状态下，汽轮机转动部分如叶栅、叶轮主轴等会在外力和高温条件等作用下产生一定的热弯曲故障，进而对转动部分原来的稳定状态造成一定的破坏，最终产生摩擦振动故障。在这种情况下，汽轮机振动信号仍保持在工频状态，但是在转子以及其他因素的作用下会经常发生分频、倍频以及高频分量的现象，甚至有时还会有波形削顶这一异常现象的发生。另外，汽轮机转子产生摩擦振动故障情况下，其振动频率和幅值存在波动的基本特征，一旦这种故障存在时间过长，那么将会导致涡动现象的发生。
4 汽轮机振动故障解决措施
汽轮机是化工厂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。
4.1 针对转子质量不平衡问题
根据对转子质量不平衡的原因分析提出以下解决措施:首先，转子材料选择上应该选择符合相关标准和要求的材料，避免偷工减料等;其次，在转子的设计、制造和安装环节需要请专业的人员和团队来进行，本单位执行人员必须具有该方面的专业素养;然后是在使用过程中要严格按照相关的操作流程、操作标准和操作要求来进行，并定期进行设备的养护，防止人为原因对设备质量平衡造成不良影响。通过全方位的努力来减少质量不平衡因素对汽轮机振动故障的影响。
4.2 针对转子热弯曲现象的解决措施
转子热弯曲主要涉及到两个方面:汽轮机转子弯曲和发电机转子弯曲。针对不同的故障要采取不同的处理措施。首先，针对汽轮机转子弯曲故障应该要首先考虑汽轮机转子的工作环境，汽轮机转子通常是在高温高压环境下工作，这种工作环境必须要对转子受热均匀度提出要求，均匀受热可以有效避免热弯曲现象，只会使转子的长度增加。对于发电机转子的弯曲故障则要将侧重点放在汽轮机内部的疏通工作，因为在发电机的转子振动与冷却介质有关联时，主要原因可能是汽轮机内部出现堵塞，必须进行及时疏通，才能确保转子的质量不受损害。
4.3 针对液压设备渗漏问题的解决措施
液压设备渗漏会对整个发电机组造成影响，如果不能妥善处理发电机组就要停止运行，这对电力企业来说会造成重大的经济损失。因此针对液压设备渗漏问题，必须要有可实施的解决措施，首先企业应该加强处理该类故障的能力，提高处理该类故障的技术水平。其次是要对液压设备渗漏有正确的认识，液压设备的材料本身就是比较特殊，如果出现渗漏现象采用一般的焊接技术无法达到预期的修复效果，如果企业不具有解决该类故障的能力就要考虑换掉设备，但是这样会给企业增加成本投入，并且消耗更多时间，降低经济效益，企业应该做好故障出现的完全准备，提前准备高分子复合材料及专业人士，随时做好处理故障的准备。
4.4 针对气流激振的解决措施
气流激振是在发电机运行过程中随时可能产生的现象，汽轮机组受其影响产生振动，要减少气流激振对汽轮机振动的影响，运行人员需要对发电机组的运行负荷情况进行充分了解，通过对高压调速气门的调整来消除气流激振的现象，从而防止汽轮机的异常振动，维持汽轮机的长时间稳定运行，最终提高发电机的工作效率。
4.5 刚度检测是重中之重
技术人员对汽轮机数据采集，及时数据处理，并与标准数据进行对照做出判断。掌握工作刚度范围、共振条件和刚度极值点。做到技术人员不离机组，实时监测，防患于未然。其次，机组带负荷和空载试运行必不可少。为确保汽轮机顺利工作，发生异常振动的几率降低，新安装或检修后的机组应经过带负荷和空载试运行，测试密封、汽封、滑销系统等均达到合格标准，才可以投入生产。
4.6 设置智能化监测装置
设计并安装智能化监测装置是汽轮机发生振动异常的有效措施。对正常监测困难点安装各种传感器设施，监测振动情况，及时报告工作异常点。同时，有序地安排技术人员，及时处理发出报警部位机组，杜绝扩大损坏，以免造成事故。
4.7 安装振动保护装置
当智能化监测装置监测出异常振动点后，会发出报警信号，通过自动控制装置命令振动保护装置自动切断电路，关闭主汽门，紧急停机。于此同时，技术人员采取拯救办法，保护机组设备安全。凝汽式汽轮机支撑国家能源环保事业的快速发展，随着机组容量的增大，汽轮机安全、稳定运行显得更加重要。对不可避免的振动问题应采取有效地解决措施，以免造成重大的安全事故。同时对汽轮机设置智能化监测、保护装置必不可少。
4.8 摩擦振动故障排查措施分析
通常情况下，汽轮机转子运行的环境比较复杂，它在运行过程中不仅会受到高速旋转和气流冲击作用力，同时高温、潮湿以及高压的工作环境会对转子造成一定的破坏，影响机组转子的安全稳定运行。因此，火电厂应当对转子日常的保养和检查工作给予高度的重视，一旦检查过程中发现故障，维修技术人员应当立即采取解决措施，对产生摩擦振动的部件进行必要维修，而如果机组部件维修价值不高应当进行更换，以消除摩擦振动对汽轮机运行造成的不利影响。
5 结语
综上所述，汽轮机振动故障受多种因素的影响，其中包含其本身一些材料的影响，人为因素的影响及长期运行设备老化等影响，不同原因的单独作用或多重作用导致汽轮机振动故障。在电力企业中，可以根据日常的工作经验和专业的技术团队，对电力设备中汽轮机进行定期进行维护和保养，对可能出现的故障进行逐一排查，并且随时做好处理故障的准备，确保汽轮机可以稳定运行。
参考文献
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