浅析汽轮机振动的原因及处理措施

浅析汽轮机振动的原因及处理措施

张丙伟

山东齐鲁电机制造有限公司山东省济南市250100

摘要：振动是机械设备的运动形式之一，它是指机械设备在平衡位置上每隔一定时间作微小的有规则或无规则的反复运动。是指一种周期的往复运动，汽轮机在高速旋转中总是存在不同程度的振动。

关键词：汽轮机振动；原因；处理措施

1汽轮机的概述

1.1工作原理

汽轮机的使用主要是在蒸汽设备的作用下，对蒸汽进行挤压，在经过汽轮机时会通过轮换的作用来实现转换，蒸汽机组本身缺少汽轮机设备转换的要素，所以在汽轮机组内进行热交换后才能够逐渐转变成可供机械生产应用的机械能。而蒸汽汽轮机，主要指的是汽轮内的蒸汽技能型膨胀做功后，一部分蒸汽从轴封部分漏出，其余部分全部进入到凝汽器中，凝结成水，提高汽轮机的热效率，减少排气缸的直径尺寸，然后将已经做功的蒸汽抽回到回热加热器中，此种蒸汽机，也被称为凝汽汽轮机。制造商利用汽轮机带离心压缩机的工作原理，在打开闸门后实行对机组运行状态进行检测，来得到汽轮机带离心压缩机的实际运行参数，进一步分析完成逆功率保护。这对于汽轮机机组的调节是非常重要的，利用同步汽轮机带离心压缩机给机组提供动力的前提来进行检测，促进机组整体运行效率的提高，给汽轮机的工作提供重要的帮助。

1.2结构部件及配套设备

凝气设备主要由，凝汽器、循环水泵、凝结水泵以及抽气器组成，汽轮机排气进入凝汽器，然后在循环水的作用下，凝结为水，然后由凝结水泵抽出，经过热器加热后，将水送回锅炉。在进行汽轮机的使用时，往往应该注意到其主要的配套设备。汽轮机主要由轮转部位和主要的联动区域构成，其他部分是静止的，涵盖隔板、进汽部分等。因为汽轮机在使用时需要在较高的温度下，因此该设备属于高精密度要求的机械设备，同时需要与不同的加热器设备相结合，共同构成相对稳定的结构部件。

1.3汽轮机的特点

同以往的蒸汽机相比，汽轮机在机械生产中具有更多的优势。结合机械汽轮机的运用来提升整体设备的功耗，对单位面积热能的转化有着很大的帮助。因此汽轮机能够在功率的提升方面甩开蒸汽机很大一部分。就汽轮机的运用进行分析，从整体上带动汽轮机运作环境温度的提升，能够在很大程度上提高热转化的效率。从汽轮机出现以来，越来越多的工作人员开始将汽轮机的运作放在机械生产的首要位置。伴随着科学技术手段的提高，汽轮机已经广泛应用到社会生产中。

2电机转子不平衡产生的原因

电机高速回转产生的机械振动，转子不平衡是主要的激振力，振动产生的主要原因是转子不平衡，因而解决转子不平衡是对电机现场运行振动进行消除的一种重要的措施。转子不平衡指的是转子质量分布不均匀，转子质量中心与其旋转中心线不重合，出现偏心距，周期性离心力干扰（F=mew2），造成轴承动载荷，最终导致设备振动。统计资料表明：不平衡是机器损坏最常见的原因，约有50%的故障停车可直接或间接归因于不平衡，轴承损坏、轴承室开裂、轴变形、基础松动等。转子不平衡的原因主要表现在以下几个方面：

2.1使用过程中造成的不平衡

使用过程中的不平衡主要包括：转子出现附着沉积物；转子出现腐蚀、磨损情况；转子出现热变形；长期搁置的转子，由于自重而弯曲变形。

2.2设计问题

设计问题主要包括：在转子内部或外部有未加工表面；零件在转子上的配合面粗糙和公差不合适；配合键短于键槽，造成局部金属空缺。

2.3材料缺陷

材料缺陷主要包括：铸造有气孔，造成材料内部组织分布不均匀；材质较差，易于磨损、变形。

2.4加工与装配误差

加工和装配误差主要包括：切削加工中的切削误差，焊接缺陷与变形；转子热处理造成的残余应力未消除；配合键短于键槽，造成局部金属空缺；装配零件不一致造成的质量不对称（螺栓等）；联轴节连接安装不同心。

3电机转子动平衡技术

3.1转子平衡原理

要实现转子的平衡，就需要重新调整转子的质量分布，以使得转子的轴线与其中心主惯性轴线相重合。在转子旋转时，利用仪器、设备测试其转动时的不平衡量存在的位置以及大小，然后根据所得数据在相对位置增加或减少重量来实现平衡。

3.2转子动平衡

转子的转轴通过质心，在只有重力作用时，转子可在任意位置静止不动，转子是静平衡的。转轴通过质心且为惯性主轴（中心惯性主轴），则转子转动时不出现动反力，转子是动平衡的。实际上，由于制造误差，转轴不可能准确地是中心惯性主轴，此时转子就会产生振动，称为动不平衡（失衡）。

解决“动不平衡”，可以借助动平衡仪，利用动平衡技术，通过在转子上加配重（配重法）或钻孔（去重法）的方法调整转子的质量分布，使转轴成为中心惯性主轴，消除动反力，这种工艺过程称为对转子进行动平衡。

基本原理为：一个质量为m0，质心偏离回转中心偏心距为r0的转子在以角频率为ù旋转时：

在转子上，虽然转子的质量很大，但只要偏心距很小，转子的不平衡离心力也很小。r0=0转子就完全平衡，不产生离心回转力。要是转子上存在一个原始不平衡量S0。虽然转子的m0很大，但由于原始质心偏移的偏心距r0总是个很小的量（微米，至多到毫米级）。我们可以在转子的较大半径R平上用一个小的质量m平把S0平衡掉。但是必须满足R平的方向与r0的方向成180°的关系。这样就可以做到：S平+S0=0。

4电机转子动平衡试验

电机转子不是理想的对称刚体，在轴承上安装时也存在着误差（既有偏心又有偏角）。所以工作时会产生不平衡的惯性力系，引起很大的轴承动约束力。这种交变的动约束力可引起轴承支座和转轴本身的强烈振动，从而影响电机的工作性能和工作寿命。消除动约束力的方法是对转子进行动平衡，即通过在转子上适当的地方附加（或除去）小块质量，用其产生的惯性力去平衡原来不平衡的惯性力系，使转轴成为有一定精度的中心惯性主轴。

试验采用两平面影响系数法对一多圆盘刚性转子进行动平衡。这是转子动平衡操作的一种常用方法，其目标是使惯性力系的主矢和主矩同时趋近于零。为此，先在转子上任意选定两个截面I、II（称校正平面），见图1。在离轴一定距离、（称校正半径），与转子上某一参考标记成夹角、处，分别附加一块质量为、的重块（称校正质量）。如能使两质量和的惯性力（其大小分别为和，为转动角速度）正好与原不平衡转子的惯性力系相平衡，那么就实现了转子的动平衡。

5转子动平衡的校正

5.1校正方式的确定

转子动平衡的校正方法主要包括去重法和加重法，电机大多数采用加重法进行动平衡校正，相较于去重法，加重法具有可操作性好、不影响电机磁路、便于再次调整等优势。

5.2校正不平衡量

电机通常利用卧式动平衡机进行校正动平衡，平衡块的大小需要选择合理，过大会导致调整的难度大大增加，过小会导致平衡块的安装数量增加。

结论

汽轮机机组的振动对整体设备的运行是非常不利的，会对整体系统产生重要的破坏作用。所以有关工作人员应该将更多的注意力放在汽轮机组的运行上，通过相关信号的接收控制，实现对应信号的检测，这对于目前的汽轮机机组振动数据监控是非常重要的。此外工作人员还应该结合异常振动的状况，采取科学合理的方式进行充分的数据分析，及时把握机组的运行情况。

参考文献：

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