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摘要：汽轮机是火力发电厂的核心设备,是发电系统中关键的组成部分,主要部件有气缸、转子、联轴器等,为高速旋转机械。该机组的正常运行除了能确保电力生产单位正常供电外,还能保障从业人员的人身安全。因此,加强机组的振动故障监测和诊断,对保障汽轮机的安全使用有着重要意义。但因汽轮机工作的环境较为复杂,加上人为操作因素的影响,汽轮机运行时出现振动异常的发生率不断上升。在启动过程中发生振动异常危险的同时,还严重威胁其使用的安全性。下文将对汽轮机冷态启动过程中振动异常情况的原因及解决方案进行分析和探索。
关键词：汽轮机；启动过程；振动异常；处理
1故障概述
某电厂的10#汽轮机组，在进行过大修处理后的第一次启动运行，实际测得各测点轴振≤100μm，而菲利普TSI系统的4#瓦处的“y”方向具有160μm的轴振值，同时在1#瓦方向有微弱的摩擦声音存在。转速加快的过程中，在10#汽轮机组每一个方向的瓦振和轴振值都渐渐加大，从检测结果中获知，在每一个瓦处的x和y轴方向，轴振值都大于规定值，而且在2#瓦的“⊥”方向处，达到了120μm的瓦振值。如果转速到达1500r/min，则机器会停止运转。如果在1#轴承的位置出现较大的刮擦的声音，那是因为转速已经低到1000r/min。
2振动故障的诊断
经研究汽轮机启动过程中的振动故障，初步判定其原因可归结为以下4点：(1)动静碰磨一旦发生，汽轮机就会发生启动时的振动故障，而动静碰磨之所以会发生，是因为汽轮机在进行大修时，对轴封或者油档间隙进行了不合理的调试操作；(2)因为气缸在进行疏水时没有将水顺利疏通，使得水进入转轴中，使转轴发生变形；(3)与温差控制有一定关联，此情况是发生在操作冲转的过程中，当然冲转前也有可能，这就使得转子的稳定大于规定值，最终出现变形的结果；(4)转子自身质量问题，使其在运转时发生不平衡现象。
而经过排查发现：(1)在大修汽轮机时，汽轮机还是原来的12#汽轮机，所以导致振动故障发生的原因基本不可能是转子本身存在质量问题，或在运转的过程中出现不平衡的现象而导致的；(2)有关工作人员在调阅了汽轮机的运行记录后，发现部门之间的温差值都处于正常范围，所以，基本也可以排除汽轮机在进行冲转之前与冲转时，各部门之间的温差值没有被合理控制，使转子的温度超过正常范围而出现变形，导致机器发生振动故障的可能性；(3)通过工作人员再次复查低、中、高压缸，基本可以排除气缸异常的情况；(4)在仔细检查机头位置的大轴挠度之后，发现大轴的挠度在机器启动前后不一致，启动前是45μm，启动后经过半小时运转，挠度变成了50μm;(5)发现机器的1#瓦处在转动过程中发出了刮擦的声音，进行降速后，发生时滞性的振动问题。所以初步可以判断出动静碰磨是导致汽轮机启动时发生振动故障的原因所在。
3汽轮机异常的原因分析
3.1汽轮机持续运行导致的振动
汽轮机在运行过程中，油系统温度可能降低，蒸汽质量下降，汽缸膨胀不均匀，真空度下降。这些现象是汽轮机启动过程中振动故障的直接原因。例如，汽轮机可以有正常的振动，但如果大修后发出重新启动指令，在启动初期，1ᦇ轴承附近的振动值会升高。然而，在增加功率的过程中，振动值缓慢地回到正常范围。这种振动现象是由蒸汽品质引起的激振现象。当流场中流量较小时，异常流量会将激振力转化为不同频率的激振力，这些激振力与转速频率不成正比。所产生的激振力将导致叶片在正常频率调节下产生较大的动应力。如果流动部件和叶片之间有结垢，不均匀的气流会导致更大的激振力。
3.2气流激振引起的异常振动
气流激振引起的振动主要有两个特点：（1）气流激振低频分量值增大时不正常；（2）在气流激振条件下，参数也在不断变化。产生气流激振的原因是多方面的，如静叶出口气流不均匀引起的气流激振力，以及旋转膜片静叶出口气流不均匀、喷嘴调整和某些进口级产生的气流激振力等。
汽轮机负荷参数设置不当、供汽方式不正确可能引起气流激振。
3.3转子热变形引起的异常振动
在汽轮机部件中，转子锻造的径向点阵结构不能实现完全绝缘，导致转子部件的物理性能不同。由于汽轮机转子处于高温环境中，材料的各向异性增大。一旦转子在运行中被加热，轴的轴向会有不同程度的膨胀。如果转子在制造过程中采用不同的工艺，转子的各向异性会增加，转子会弯曲变形，最终出现振动不平衡。转子的发热程度直接影响转子热不平衡振动的大小。如果由于汽轮机异常而出现温差，转子在制造过程中的残余内应力将不断释放。如果有摩擦，这种情况的发生是由于水进入汽轮机汽缸，而冷空气进入汽缸，这些不利条件最终会由于摩擦而发生，转子的变形可能大于材料的屈服极限，导致永久变形。
3.4摩擦振动引起的异常振动
在汽轮机的运行中，摩擦现象是不可避免的，特别是在汽轮机长期运行中，不同重量的各部件会产生各种摩擦，导致汽轮机振动故障。一般来说，由摩擦引起的汽轮机振动故障不会严重影响汽轮机的正常运行，有时在磨合过程中会消失。然而，摩擦产生的热量将成为转子变形的原因，从而间接地使汽轮机振动故障。振动系统是非线性的，摩擦引起的振动故障会出现各种低频和高频分量。在摩擦过程中，汽轮机的摩擦振幅会增大，这将进一步影响摩擦的幅值。摩擦振动会降低汽轮机的转速，当转速达到临界值时，转子的振动会增大，这使得测量汽轮机停止运行时转子的振动情况成为可能。
4汽轮机异常振动的应对方法
4.1气流激振现象的应对方法
由于不同振动引起的振动故障，处理方法也不同。针对汽轮机空气激振问题，应根据汽轮机的实际情况，对气流激振现象进行跟踪、记录、研究和分析。首先对汽轮机的振动数据进行分析，利用采集到的数据制作相应的振动曲线图。通过对汽轮机运行过程中振动变化的观察和分析，找出了振动变化的具体范围和方向。分析了汽轮机气流激振现象产生的原因，并提出了相应的解决办法。通过对汽轮机运行状态的分析，严密控制汽轮机负荷变化，调节和控制进汽阀开度，避免气流激振的负荷范围，有效地消除了气流激振现象。
4.2转子热变形异常振动响应
通过对转子热变形引起的汽轮机振动故障的检测，可以对转子的离心力进行监测，从而达到判断的目的。如果离心力不是很严重，这种情况下引起的临时变形可以恢复到转子的平衡状态，通过在转子上安装平衡块来消除振动现象。如果转子损坏严重，应立即更换汽轮机的转动部分，并及时修理，以防止汽轮机因热变形而发生振动故障。另外，应尽量使转子工作在平衡状态，如启停时汽轮机连续盘车，转子吊出汽缸后使用转子盘车工具。做好汽轮机的密封工作，防止冷空气、水进入或润滑油泄漏，引起热不平衡。
4.3摩擦振动故障对策
在处理汽轮机摩擦引起的振动故障时，应特别注意涡动和抖动。在汽轮机启动过程中，如果发生动、静态碰撞，应保证机组以较低转速运行，并采用磨合方式使动、静态碰撞逐渐脱离接触。如果振动超过正常范围，应立即停机。经过一段时间后，机器温度升高，转子可以正常弯曲后再启动机器。在这个反复的过程中，摩擦可以在正常情况下消除。切勿使用“临界冲击”方法强迫机组启动，否则会导致汽轮机轴永久弯曲。
结论
在电力生产系统中，汽轮机的地位极其重要，如果汽轮机在运行时出现振动异常，严重威胁到生产过程的安全性，带来的后来将不堪设想。对汽轮机启动时的振动故障所产生的危害进行了研究和分析，对汽轮机启动过程中发生振动故障的原因和如何进行处理进行了具体的探索和分析，希望通过以上分析，可以使汽轮机的工作人员在进行具体工作时有据可依。
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