徐 勇
中国电建集团江西省电力建设有限公司 江西省南昌市330001
摘要：振动是衡量汽轮发电机组运行状态的重要指标之一，需要对其进行快速、准确的分析原因和故障诊断，引起汽轮发电机组振动原因极其十分复杂，不仅与其设计、制造、安装、有关联；同时，还与机组的运行管理有很大关系。
关键词：汽轮发电机组；振动原因；处理；
引言
汽轮发电机组是火电厂的核心设备，振动是反映其轴系转动、轴承工作状态最直接、最重要的指标之一；振动超标通常意味着机组轴系或支承轴承工作出现较大异常，其中安装、检修的工艺质量水平对机组振动影响是非常大的，根据多年参加汽轮发电机组的安装、检修及机组振动故障原因分析和故障处理，很多振动超标问题大都是由于安装或检修工艺方法不当引起的，或者说机组振动很多都是通过安装、检修来解决的，机组振动容易诱发设备零部元件疲劳损坏，威胁机组稳定运行。因此，准确诊断处理机组振动故障，对保障汽轮发电机组安全稳定可靠运行有着十分重要的意义，下面重点讨论对汽轮发电机组振动有明显影响的几个因素。
1汽轮机的振动故障分类
动静部件之间碰磨出现异常振动故障的原因有很多，通常的有:(1)气动湍流和轴承油膜振动：如①叶片因气流不均引起湍流，对于长叶终相，气泡形成末端蒸汽引起湍流，引起振动；②油膜不稳定或损坏，引起轴颈与轴瓦干磨擦，导致轴封、隔板汽封碰磨，磨擦热量可能导致轴弯曲，引起强迫振动；(2)机组运行参数不合理引起的振动：①真空恶化（真空减少）在负荷不变时，需要的蒸汽流量增加，可能使机组元件的应力加大，推力轴承负荷增加，同时由于排气温度升高，导致排汽缸热膨胀和热变形增加，可能使通流部分的间隙进一步缩小和原有的轴系中心发生变化，引发振动加剧；②在机组启动过程中，如果汽缸加热时间不够或加热蒸汽温升速度过快，可能导致汽缸与转子之间的热膨胀间隙不均匀，导致动静之间磨擦或滑销系统卡涩，汽缸膨胀不畅，引发振动；(3)设备自身特性在安装过程中不当引起振动：如①轴系中心偏差、扬度偏差较大，导致机组运行时振动超标，并随着负荷的增加振动强烈；②轴承紧力、轴瓦侧隙、顶隙和轴承各结合面的连接螺检紧固力不够，降低了影响轴承的刚度和轴承的稳定性，在受到外界激振力等影响下容易引起机组振动；③转子永久弯曲引起的振动，当转子内部应力超过材料拉伸极限，且变形应力不会消失，使转子局部产生塑性变形，转子形成永久弯曲，此时转子需要返厂进行处理，否则开机时会振动；(4)安装质量因素引起振动：如①轴承座安装标高，制造厂提供的技术数据一般是在冷态下的，在机组运行时轴承会有热膨胀，使原有中心发生变化，引起振动，②发电机磁力中心和空气间隙不对称引起振动，可能导致发电机磁场不平衡，产生磁场力不平衡，引起振动；③轴系中心不好引起振动，轴靠背轮外圆与轴颈不同心、靠背轮外圆和轴颈跳动偏差及靠背轮瓢偏偏差大未消除，轴系中心值偏差大，靠背轮连接螺栓紧力不够或紧力不均匀、靠背轮销轴孔铰成椭圆孔等因素、在机组运行时并随着负荷增加，振动明显加剧；④动静间隙不符号要求值引起振动，动静间隙偏小或偏大，偏小引起动静磨擦，造成机组振动明显，偏大造成级内漏，降低汽机热效率；⑤地脚螺栓松动或断裂、台板二次灌浆混凝土松动、此种情况表明轴承阶梯振动差值明显偏差大（轴承固定刚性不够），严重时开不了机。
2汽轮机振动产生的危害
汽轮发电机组是发电厂的核心设备，衡量机组能否安全可靠运行的最重要指标就是机组振动水平。剧烈振动容易导致设备元部件的疲劳损坏，一些重大的跳机事故直接或间接地都与振动有关。机组的异常振动对机组产生以下危害：
（1）汽轮机故障：部件疲劳损坏，过大和强烈的振动会造成汽机转子部件、静止部件承受较大幅值交变应力，加速各部件及各部件上连接螺栓等材料疲劳，材料强度大大降低，需然这种疲劳损坏要有一个时间段，但随着交变应力次数增加，疲劳时间大为减少，促使设备事故进一步扩大；如造成基础台板二次浇灌混凝土松动和厂房出现裂缝，汽机部件松动脱落，轴瓦乌金脱落，轴承座地脚螺栓松动或断裂，严重的甚至导出现汽机转子断裂等恶性事故。
（2）发电机故障：使发电机定子铁芯、端部线圈、转子护环及线槽内的绝缘填充材料松弛过热，线圈绕组之间绝缘降低导致绕组对地短路，引起跳闸，励磁机整流子及其碳刷磨损加剧。
（3）动静部分摩擦：动静部件发生摩擦时将加剧轴承瓦钨金磨裂，轴瓦钨金面过量磨损会导引起轴端汽封及隔板汽封直接碰磨，严重时甚至引起大轴热变形弯曲。另外，汽封磨损加大了级内通流部分和轴端的汽封径向间隙，增加级内漏汽损失，降低汽轮发电机组经济性。
（4）事故停机：机组振动值引起机组跳机。
3采取的措施
3.1设计制造方面
目前现有各种类型的汽轮发电机组设备在设计、制造加工技术已经非常成熟、可靠，但在实际安装过程中有时也会碰到由于设备转子不平衡量较大或轴承选择不合理而引起的振动也时有发生。产生汽轮发电机转子不平衡量较大的原因是厂家机械加工精度不够和装配工艺质量较差，所以汽轮发电机组转子在出厂前必须对转子进行低速动平衡和高速动平衡，以确保转子的不平衡量符合出厂前技术要求；另外合理选择支承轴承也是非常重要的，如果轴承的刚度不够，轴承的稳定性较差，那怕是极小的不平衡量，只要稍为受到外部力因素影响也会引起机组较大振动，轴承的油膜形成不好也会诱发油膜振荡而产生较大振动。
3.2安装检修方面
汽轮发电机组振动值在要求要求范围内对设备的危害不大，是允许的，而汽轮发电机组的振动超标是一个十分复杂的问题，造成原因很多，但是我们只要抓住矛盾的特性，即抓住振动时表现出来的特征，加以判断分析就可以找出振动内在原因并解决。
一般情况下，只要转子支承轴承的刚度足够大，转子振动并不能在轴承上反映出来，振动是一种周期性运动，在正常运行中，总是存在着不同程度的方向振动，这种振动对设备的危害性不大。新机组安装好后，在机组试运行过程中可以采用以下方法判断是否由安装问题造成振动。
①励磁机电流试验：目的判断振动是否由发电机安装方面原因引起。
方法：在励磁机加上电流后，出现振动；断开电流后，振动消失；但随着励磁电流继续增大，振动明显增加，此种情况表明：振动是由磁场不平衡力引起的。
原因：可能发电机转子线圈短路，发电机磁力中心及空气间隙不均匀等所致。励磁电流增加时，振动增大不明显，而随着励磁电流增加在一段时间后，振动成阶梯状增大，这表明振动和转子在热态下质量不均衡有关。
负荷试验：目的判断振动是否与轴系中心、热膨胀、轴传递力矩部件（靠背轮及连接螺栓）、轴承座自身特性安装因素等缺陷引起的。
方法：试验可以分升负荷或降负荷进行，一般将负荷分成四个等级进行，即1/4、1/2、3/4的额定负荷和额定负荷，每个等级振动测量二次，即负荷刚改变时一次，负荷稳定时一次，同时必须记录热膨胀值。经验表明：
a振动随负荷增加而不明显增大，表明转子质量不平衡量在要求范围内。
b振动随着负荷增加到一段时间内，振动不再明显增加，若继续增加负荷，振动明显增大，这表明振动与轴传递力矩有关，主要原因：轴系中心因素（严格来说--轴系中心应包括转子与汽缸同心度、转子扬度、汽缸扬度、轴承座扬度，靠背轮同心度等）；当转子与汽缸同心度偏差较大时，可能会引起汽流不均产生激振力，该力由结构因素、制造和安装误差及工况变化等原因引起，只考虑安装误差因素，可能会引起动静磨擦，当联轴器法兰外圆与轴颈不同心、联轴器法兰止口或销轴螺栓节圆不同心、端面瓢偏大、连接螺丝紧力不对称时，当把连接销轴螺栓拧紧后，都会使轴系中心不同心和不平直，当转子以角速度ω旋转时，磨擦力作用在转子上，使转子发生热弯曲，轴系不同心产生离心力作用在转子上，使轴产生弹性变形，叠加一起加快促使转子发生强迫振动，引起机组振动，所以在安装过程中要重视轴端汽封间隙、通流部分间隙在圆周和轴向方向上要尽量保持均匀、轴系找中心方法及靠背轮螺栓铰孔、销轴螺栓配合连接必须保证其安装工艺质量，并在质量要求范围内。
c在负荷改变后的一段时间内，随着时间延长，振动明显增加（即在一定负荷下所测得的振动值与一定时间后第二次测得的振动值有明显变化），这表明与机组运行状态有关，原因可能有：滑销系统卡涩造成汽缸膨胀不畅、基地沉降不均、主蒸汽管道热膨胀值补偿不够。只考虑滑销系统卡涩因素，会使汽缸膨胀受阻、动静部分轴向间隙得不到相应膨胀，严重时开不了机或引起动静部件磨擦，迫使机组振动，造成更大危害。所以安装过程中要重视滑销系统的安装工艺质量，如滑销、销槽应符合设计要求，必要时要进行修刮，各滑动配合面应无损伤和毛刺，必要时应进行修刮，滑销进行试装时，应滑动自如、无卡涩。
③轴承润滑油膜试验：目的判断振动是否由于油膜不稳定、油膜被破坏、轴承紧力不够引起的。
方法：在保证设计油压和充足油量条件下，通过改变油的温度来进行，油温变动范围正负5℃，油温每变化1℃，测量振动一次，并在油温上、下限值稳定30分钟后各轴承测量振动一次。试验结果可能有两种情况：
a振动随油温升高而增大，表明可能是轴瓦间隙较大引起，原因往往是轴瓦钨金磨损，轴瓦多次研刮而使轴瓦内径加大，油温升高使润滑油粘度降低，尽管轴颈转速高、油膜内压力大，但轴瓦与轴颈间隙较大，致使油膜建立不稳定，形成不了液体磨擦，引起振动。
b振动随油温降低而增大，表明可能是轴瓦间隙较小引起，原因是轴瓦间隙减小相对于轴瓦来说是轴颈直径增大，轴颈直径增大后，轴颈表面线速度增加，磨擦损失相应增加，当线速度达到一定数值（一般认为圆筒型轴承为50～60m/s），轴承内润滑油油流将从层流变为紊流，润滑油粘度增大促使引起功耗显著增加，并引发轴瓦钨金温度升高及回油温度升高，轴系临界转速下降将直接影响到轴承工作稳定性，即可能发生油膜振荡，引起振动。
需要指出的是轴瓦的油膜厚度与轴颈线速度、润滑油黏度、轴承间隙、轴承负载等有关。润滑油的黏度越大，轴颈在旋转时所带动的油分子就越多，油层较厚，轴颈就较容易失稳。为了减少轴颈上浮的偏心率，可以改变润滑油的标号和提高轴瓦进口油温的来降低黏度。实践表明，进油温由40～41℃调整到最高44℃，轴瓦的振动值有所降低。也可以通过降低油温的手段进行了尝试，进油温度从40～41℃降低至36℃，轴瓦振动值也有所降低，这是因为油温降低了，油的黏度增加，油的阻尼增加，阻尼增加，抑制的油膜涡动的发生。在实际工程中，提高油温和降低油温两种方法都可以尝试，它们对降低油膜涡动产生的振动机理不一样，根据每个实际情况而选择。
3.3运行中出现振动处理措施
①当机组运行期间中振动突然增大，或者发出异常声音时，运行人员应对可能引起机组振动的原因准确判断并通过对运行参数进行对比分析进行处理；必要时破坏真空紧急停机。一般在机组整套启动之前，首先要检查主汽门及调节汽门开启是否正常，机械保护动作是否能正常，开机步骤要严格按照运行操作规程执行，其间主要监视参数有：主汽压力、主汽温度是否正常；上下缸温差是否正常；机组热膨胀是否正常；负荷和蒸汽流量是否符合其特性曲线；润滑油回油温度、润滑油压是否正常；轴承乌金温度是否正常；真空值是否正常，各轴承振动值是否正常；保护油压建立后是否稳定；若没有问题，可以适当增加机组负荷、观察机组振动变化情况，并做好记录，若发生异常振动，停止增加负荷，进行振动原因分析。必要时安排调试专业人员利用振动频谱仪进行现场测量振动，对各轴承振动数据进行综合对比分析，找出振动原因并确定引起振动源位置，然后处理或停机处理。
结束语
在汽轮发电机组安装过程中影响机组运行时振动的因素很多，且因素之间又相互关联。如安装过程中、低压缸的组合、零部件松动、凝汽器接缸、汽缸负荷分配试验、汽机扣盖、相关大管道与汽轮机的连接、油系统清洁度、保温、基础二次灌浆、凝汽器安装等质量问题都会影响机组振动。随着机组容量的增大对安装要求进一步高，其涉及振动因素更多，振动问题也将更加复杂。因此，需要通过不断地学习和经验交流，才能提高对机组振动专业技术水平，对于不同类型的机组，要有针对地进行分析、研究，对比。并完整、准确、做好切实可行的汽轮发电机组安装方案及专项（业）技术措施的编制，加强汽轮发电机组的施工管理工作，确保安装质量，努力提高安装工艺水平等，从而有效地减少因安装问题引起的机组振动。因本人长期工作在建筑施工单位，汽轮发电机组安装做得较多，在此仅对因安装过程中经常碰到问题而引起机组振动的一些原因，希望能够给以参考，为今后汽轮发电机组安装质量提高水平。
随着科学技术和国民经济的快速发展，人们对电能的需求量出现了前所未有地增长，电厂的平稳运行显得尤为重要，而汽轮机组的安全可靠运行性能对火力发电厂运行的稳定性会产生直接影响。汽轮机组在运行过程中一旦出现振动故障，将直接导致电厂机组停运，影响电厂经济效率。因此，除安装水平提高外，还需要做好汽轮发电机组的设备日常保养和维护工作，保障设备出勤率；提高电厂汽轮发电机组使用效率。
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