孟祥义
黑龙江省华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂汽机车间， 黑龙江 齐齐哈尔 161041
摘要：转子质量不平衡是转动机械的常见故障之一，也是造成转子部件过早损坏的主要原因。动平衡的方法有平衡机上动平衡与现场动平衡两大类，现场动平衡是指旋转设备在正常安装运行的条件下或模拟现场工作条件，对整机由不平衡所引起的振动大小和相位进行检测，通过加试重和配重的方法，不断去除转子的不平衡量，最终使转子达到平衡。
关键词：火力发电厂；汽轮机振动；故障分析；检修
引言
近年来我国的能源需求持续增长，火电技术也有了很大的发展，大容量的火电机组技术也已经非常成熟，在国家环保要求和碳中和目标制订的大形势下，对火力发电机组提出了新的要求，更环保，更低排放，更高的热效率，高可靠性，长周期稳定运行，机组全年零非停，更高的要求也对运行和检修提出了更高的要求，汽轮发电机作为高速旋转机械，在运行过程中振动是不可避免的，汽轮机在正常运行总是存在着不同程度的振动，振动是一种周期性的往复运动，机组振动是汽轮发电机组运行状况优劣的重要标志之一，也是机组运行、检修质量的综合反映，
异常振动会对机组运行产生非常大威胁。汽轮发电机组振动问题复杂，引起振动原因较多，受多方面的因素影响，需要根据情况综合考虑，找到振动原因，就能合理解决振动问题。
机组常见异常振动的分析与排除主要原因有以下几个方面：
1、汽流激振
2、转子热变形
3、转子质量不平衡
4、摩擦振动
5、调节系统故障
1、1.汽流激振现象、特点、成因、排除方法：
原因主要是叶片受不均衡气体来流冲击就会发生汽流激振，对于大容量机组转子的末级叶片较长，气体在叶片末端膨胀产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象。
1、1.汽流激振类振动有以下特点：
1、1.1机组的负荷超过某一负荷点，轴振急剧增加，如果降负荷低于负荷点振动就会很快减小。
1、1.2强烈振动的频率约等于或低于高压转子一阶临界转速，一般情况下震动频率低于转子的工作频率。
1、1.3汽流激振一般为正向涡动。
1、1.4发生汽流激振的部位在高压转子或再热中压转子段，尤其是高压转子的调节级。
1、1.5 振动发生有再现性，激振力无论是由轴封腔室压差引起，还是由转矩径向不平衡引起的，转子涡动的力都与蒸汽流量正相关，即与机组有功负荷有关。
针对机组激振特征的分析需要长时间、大量的数据采集作为分析依据，记录下振动发生时机组的参数、负荷，以及调节系统的工作状态，根据采集的数据做成图表方便分析，通过分析我们得出汽流激振的产生的主要原因。知道了主要原因就可以有针对性的消除。
1、2 汽流激振的排除：
主要从两个方面入手：
1、2.1是支持系统，也就是轴承、轴瓦，减少轴瓦与轴径间隙，调节润滑油黏度，一般方法是调节油温，调整汽缸和转子。
2、2.2是对调节系统的配汽方式进行优化，阀位和参数，汽门管理程序进行优化，因为同容量不同的机组流体特性会有差异。
2、转子热变形：
是指转子在受热后出现温度分布不均匀而发生的变形，也叫热不平衡。转子热弯曲又分为热弹性弯曲和永久性弯曲，转子弯曲过大会导致动静部分摩擦，局部的高温会加剧热弯曲，转子热变形最容易出现在机组的启、停阶段。机组热态汽缸进水，盘车故障，上下缸温差大，启动时暖气不充分，检修时汽封间隙调整不合适都容易造成转子弯曲，所以机组在启动时要充分的疏水，充分暖机。根据机组时冷态还是热态严密检视汽轮机转子和缸体的温度和缸体胀差，控制升速，定期检查滑销系统和汽缸保温，保证温度测点和缸体检测系统测点可用，盘车状态经常用听音棒检查转子盘动时的声音有无金属摩擦音。
3、转子质量不平衡：
3、1.转子质量不平衡的成因：
机组运行过程中在没有变工况和运行参数稳定的情况下突发振动增大，可以判断转子质量不平衡引起的振动，叶片脱落、磨损、腐蚀冲刷、动平衡块脱落。
3、2.我厂#2机#3机（上世纪80年代初投产200MW老机组）都出现过低压转子末级叶片断裂脱落的情况，紧急停机后检查发现末级叶片冲刷严重，所以后续的检修工作加强了对转子叶片的检查，对叶片进行超声波检测和着色检查，建立档案台账，对叶片寿命进行综合评估。同时对叶片进行修复，迎汽侧镶嵌司太立合金抗冲刷，运行调节参数降低蒸汽湿度等方法，提高转子叶片寿命。
3、3.我厂#4机（200MW）机组在供热改造后启机做完动平衡各项参数正常顺利并网，运行一个星期后机组#3、#4轴承振动突然增大，停机后检查发现中压转子和低压转子连接对轮螺栓的一个螺帽脱落，重量接近一公斤。继续检查发现，供热改造为了方便每年供热期更换光轴转子，把原来的对轮螺栓更换为液压螺栓。当时依据的原理是用液压装置将螺栓护套中的螺栓用液压装置拉长到规定值后将螺帽紧固到规定位置，然后液压装置泄压，螺栓恢复原始长度，螺帽紧力达到规定值。但是出现问题的螺栓在实际安装过程中因为安装程序失误导致螺帽未上紧，在紧固力矩不够的情况下液压油站就开始泄压，运行过程中造成脱落，对轮位置的转子质量不平衡而发生振动。
3、4.汽轮机转子中心孔进油造成转子质量不平衡的振动：
中心孔进油一般是由于转子中心孔密封不严运行中中心孔内空气受热膨胀逸出，停机后转子冷却，中心孔内空气冷却形成负压，轴承箱内的油气、水蒸气和盘车大齿喷油管喷出的润滑油、前轴承箱滑阀喷出的油被吸入中心孔。随着机组启停次数的增加，中心孔内的油液也越积越多，在转子高速旋转的状态下油被甩到孔壁上。由于转子存在挠度，中心孔的几何中心和转子的旋转中心不重合，孔壁上的油膜厚度也不同造成质量不同，当转子温度升高孔内油液吸收热量变成蒸汽转子内外温度不均匀，造成转子热弯曲，加剧了转子的振动。
3、5.转子中心孔进油产生的振动特点是：1、振动的发生随时间和启停的次数增多而显著增大。2、停机过程中过临界转速振动比启机过程中大。
3、根据振动频谱分析可以发现振动以基频为主，属于不平衡激起的强迫振动。4、200MW机组高压转子中心孔进油后。5、停机后检测转子晃度变化大。
3、6.防止转子中心孔进油的措施：1、根据检修周期重点检查中心孔，检查探伤后中心孔内油脂和清洁剂清扫干净。2、检查后中心孔小盖做好密封措施，排汽孔也密封好，高压转子端头的危急遮断器小轴连接部分做好密封，检查喷油试验油管、推力瓦和前箱滑阀等设备有无造成进油的风险。
4、摩擦振动：
4、1.转子转动过程中与隔板汽封、叶片围带汽封、轴端汽封、油档等部位发生摩擦，或 者由于转子中心调整不好，汽缸变形，偏斜，涨差不合格，转子弯曲都会引起摩擦振动。摩擦时圆周上各部位摩擦程度不同，摩擦导致转子径向截面上温度不均匀，转子产生热弯曲产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动的变化。
4、2.摩擦振动的特征：
振动信号的主频仍为工频，但是因为受到冲击和一些非线性的因数的影响可能会出现少量分频，倍频和高频分量，振动的幅值和相位都具有波动特性，降速过临界转速的振动较一般正常升速时大，停机后连续盘车阶段测量大轴晃度比原始值明显增大。
4、3.摩擦振动的处理：
机组检修动静部分间隙，各部间隙必须严格按照规程标准执行，机组启动汽缸温差，胀差、转子晃度必须严格要求，不管是启动过程还是带负荷阶段，振动保护都不允许退出，发生摩擦不允许强行升速。
5、调节系统故障：
5、1.喷嘴调节是目前采用的主要配汽方式，在变负荷的过程中，通过改变调节级进汽面积，采用部分进气的方式减少进汽节流损失，提高运行经济性。但是如果配汽方式不合理，或者调门故障调节级在部分进汽时就会产生较大的配汽不平衡力，引发轴振、瓦温升高、轴瓦轴心偏移等轴系故障。
5、2.我厂就多次出现在线处理调门油动机故障，多阀运行与单阀运行切换过程中高压转子、中压转子振动增大，#1、#2瓦震动增大，瓦温增高的情况，缺陷处理后调门开启调试的过程中再次出现振动爬升的情况。通过我们的分析和参考当时的运行参数，从配汽不平衡汽流力产生的机理分析可知，非对称进汽和全周进汽切换导致了调节级配汽不平衡汽流的产生，在切换过程中机、炉协调非常重要。所以再有类似操作的时候我们采取了更为慎重的方案，尽量减小切换过程中的不稳定因素的干扰，机、炉配合降低负荷，降低主汽温度，缓慢关闭需要消缺的调速汽门。每次关闭5%左右，机、炉协调在能够保证稳定燃烧，给水流量稳定后观察各瓦振动和缸温等参数，稳定后再继续操作。缺陷处理结束再反向操作，最后切换回多阀运行。
5、3.我们通过调整配汽方式和对调门管理程序进行优化，实现节流调节和喷嘴调节方式无扰转换，机组在变工况的情况的情况下保证稳定运行，同时又有最好的经济性和运行灵活性。
二、振动问题解决对策
根据电厂汽轮机振动的应用要求，在实际操作中员工应进行适当的调整和实施，以避免严重的振动问题。这也是解决电厂汽轮机振动的最有效方法。许多实践经验表明，发电厂汽轮机机组的振动问题是突然且有害的，严重影响设备的经济性和生存能力，甚至会危及到设备的安全性。因此，发电厂的相关管理人员应全力以赴，实时监控汽轮机设备的运行，进而全面分析和研究振动问题，并积极制定科学有效的对策。
3.1改进监控措施
电厂汽轮机机组必须配备轴承振动测量装置和轴振动测量装置，以在机组运行期间实现对特定振动条件的实时全面监视。另外，当振动参数值超出范围时发出警告信号是有益的，有利于相关管理人员科学地采取措施应对异常振动问题并有效避免振动事故。在轴承振动测量阶段，必须做好安装和处理。安装涡轮轴承后，可以随时随地检查设备的振动。如果超出指定范围，则可以根据警报信号进行分析。收到警报信号后电厂将采取有效措施，以最大限度减少事故发生。另外，在修正了各种突发情况之后，有必要强调应用需求，要有及时关闭操作设备的意识并尽快执行维护以避免事故发生。
3.2科学有效的保护措施
电厂汽轮机机组必须配备防振装置。允许在操作期间实际振动参数值超出允许范围时，该装置充分利用脉冲信号，从而实现对整个回路传动的全面保护，并允许主蒸汽阀自动关闭操作。它可以在发生振动问题时随时关闭并尽可能保护整个汽轮机设备的性能。为了确保汽轮机的有效应用，实际中可以构建一个完整的保护系统来了解每个设备的信息。考虑到安装过程的特殊要求，有必要在设备中安装防振设备。如果超出规定范围，则在发送脉冲信号后将保护控制电路。为了正确保护设备，首次关闭设备后有必要以信号传输的形式通知员工。
3.3进行技术创新
在电厂管理过程中，可以进行适当的技术改造。在设备工作阶段，主要使用直接启动模式。该控制方法对设备是高度磨蚀的，并且非常容易振动。考虑到其特殊性，有必要提前进行技术创新。（1）解决转子热弯曲的问题。主要方法是及时更换新转子，新的转子不会产生异常振动，而汽轮机则不会因此被诱发。（2）解决转子质量不均的问题。在调整了机组的振动数据之后，可以掌握机组的负载数据并确定引起气流激发振动的机组的工作状态。通过减小负载变化率并避免气流激励的负载范围，可以避免气流激励。（3）解决轴不对称的方法。一旦发生异常情况，必须及时调整每个设备并更换零件，避免摩擦和振动。
结语：
汽轮发电机组的振动是一个比较复杂的问题。造成振动的原因很多，但是我们只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振动时表现出来的不同特点加以分析判断，就有可能找出振动的内在原因并予以解决。
综上所述，汽轮机运行期间，若有异常振动的情况出现，即会对机组运行产生影响，还会引起电力系统故障，最终导致设备难以运行。为了改变这一现状，汽轮机运行期间，有必要加强日常检修与维护，根据采集的数据合理采取措施分析振动产生的原因，便于从源头上排除故障隐患，确保汽轮机运行稳定高效，为电厂建设带来较大的经济效益。
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