火电厂汽轮机常见的振动故障分析及故障诊断技术

火电厂汽轮机常见的振动故障分析及故障诊断技术

李典淦

大唐佛山热电有限责任公司

摘要：汽轮机是火电厂的主要装置之一，加强机组设备管理对保障火电厂的生产效益有积极帮助。树立预防为主的理念，在监控机组设备运行工况的基础上，及时发现异常振动，并进一步调查振动发生的位置、引发振动的原因，在完成故障诊断后立即展开维修，才能将异常振动对机组运行造成的不良影响降至最低。转子是汽轮机上的核心零件，转子与静子发生碰撞摩擦，或者转子出现不对中、质量不平衡等问题，都会引起汽轮机的异常振动。因此，在开展汽轮机日常检修时如果发现有异常振动，应重点对转子部分展开分析，在诊断故障原因后采取有效措施予以解决。

关键词：火电厂；汽轮机；振动故障；故障诊断技术

1火电厂汽轮机异常振动的原因及现象

1.1摩擦振动故障

在运行中，汽轮机会产生摩擦振动。一般来说，这种情况对设备本身影响不大，但会影响转子。在摩擦和振动的情况下，转子在受热时由于对称性不足而发生热变形，很容易失去原有的旋转平衡，危及汽轮机设备的正常运行，甚至导致异常振动故障。

1.2转子裂痕

转子裂纹有几个原因：第一个是内应力。汽轮机运行时，负荷调整过快。在这种情况下，转子经常在连续高温和超低温的条件下发生变化。温度的快速连续变化会导致金属复合材料的疲劳过快，在连续的升温和冷缩过程中会出现裂纹。第二个是压力。在加工或组装转子时，实际操作不规范，导致转子部分出现应力状态，当压力达到一定值时会出现裂纹。第三是转子侵蚀。蒸汽中有残留物。在持续高温高压的自然环境下，这些残渣会迅速冲击转子并引起腐蚀，或者残渣本身呈酸性，也会引起转子腐蚀。根据裂缝形状的不同，可可裂缝可分为垂直裂缝、螺旋裂缝、径向对称裂缝等。

1.3转子受热弯曲变形故障

当汽轮机设备的转子受热时，会发生变形等情况，这也会导致设备异常振动的问题。转子在受热时的弯曲和变形受到许多因素的影响。例如，如果转子本身的散热性能在运行时出现问题，则每个模块的加热能力越高，将导致变形问题。在设备运行期间，水蒸汽和强冷空气将添加到气缸区域，在摩擦的情况下会产生大量热量，从而导致转子变形。转子一旦变形，就会影响发电机组的运行，引起异常振动故障。维修人员很难及时处理这些问题，这将危及设备的正常运行，甚至会继续破坏设备。

遇热后，转子的轴弹性会发生变化，转子的运行不平衡和离心相位差也会发生变化：如果轴弹性和向心力能够相互抵消，转子的运动幅度会减小，不容易对设备造成损坏；如果这两个相互作用力不能抵消甚至累积，转子将发生剧烈振动，设备运行时会出现严重的噪声问题。

2汽轮机振动故障诊断技术

2.1动静碰摩的特征表现与诊断方法

掌握声音摩擦的典型特征可以帮助维修人员初步判断故障类型。转子与定子之间的碰摩具有以下特点：第一，异常振动的发生具有明显的规律性。这是由转子运行时与定子的周期性冲击决定的；第二，摩擦冲击点处的局部加热显著。当转子冲击摩擦定子时，由于速比快且缺乏润滑脂维护，干摩擦会在冲击位置产生大量热量，因此定子冲击点的环境温度明显高于其他零件的环境温度。根据上述特点，基本清楚的是，在发生声音摩擦故障后，应使用仪器设备进行进一步诊断。通常，涡流传感器用于采集汽轮机转子的振幅、工作频率等主要参数，然后与正常工作条件下的主要参数进行比较。一旦发现主要参数明显异常，就可以确定故障类型。

2.2转子误差的主要特征和诊断方法

当汽轮机机组运行期间转子错位时，观察转子的频率图。一旦发现在轴向上，2记忆超频占主导地位，1记忆超频和倍频也可以诊断为平行面错位。其中，垂直方向和水平方向上的振幅越大，不对中误差越严重，这也可以区分转子不对中故障的严重程度。一旦发现其在径向以1x工作频率振动，并且联轴器处两个转子的径向振动相位角上下达到π，则可以诊断为角度错位。一旦发现转子振动，工作频率为2，记忆超频占主导地位，波形稳定。联轴器两侧的轴向和径向相位角约为180°，可诊断为成分错位。

2.3转子裂纹的主要特征和诊断方法

转子裂纹也可以根据其特点和主要表现进行诊断。由于转子开裂后部分弯曲刚度降低，因此整体弯曲刚度将受到限制。当转子的比速比达到临界转速时，将出现由两倍振动主导的振动模式。

3火电厂汽轮机异常振动问题的改善措施

3.1摩擦振动故障

汽轮机设备在运行时，不可避免地会出现摩擦问题，主要是因为每个预制构件在运行的前提下都会发生接触和摩擦，所以不可能完全解决。如果摩擦情况严重，将导致设备异常振动故障。因此，将对设备内部结构的每个部件进行全面检查，以检查是否存在静摩擦和动摩擦。如果摩擦过程中运行噪音很大，则必须维修设备。在对因摩擦而发生故障的设备进行维护和更换时，确保摩擦条件不容易影响其他部件。

3.2转子强振动故障

在解决这个问题时，有必要增加活塞销的比压，并减少浮油的振动。维修人员可以适当调整活塞销铜基合金的总宽度，减少活塞销顶部的孔隙，从而降低故障概率。在调整活塞销和电机轴的视角时，应尽可能降低表面张力，并向设备中添加动态粘度相对较小的润滑脂，以提高设备的运行效率，减少振动的危害。在改善转子平衡问题时，应尽可能减小转子中的不平衡相互作用力，以确保转子平稳运行。

3.3气流激振故障

在运行中，一旦设备发生旋风颤振故障，将对每个部件的运行产生负面影响。在检查该故障时，必须根据设备运行数据信息绘制曲线，全面分析故障的发生。在处理故障时，必须调整负荷速度和供水，并全面收集调整过程中的信息数据，以勾勒出设备的运行曲线。不同的调整方法将产生不同的实际颤振效果，因此将比较记录的数据，以检查其是否可以抵消旋风颤振故障。因此，将选择最佳调整方法，以防止故障影响汽轮机组的运行。在解决颤振问题时，为了防止故障引起的载荷范围，保证设备的正常运行，应最大限度地减小载荷。

3.4发热时转子弯曲变形故障

（1）在装配设备时，应选择更多的专业人员，严格执行设计要点，以提高装配工作的质量。维修人员可以使用不锈钢丝纠正钢丝，提高装配精度。

（2）预埋件可设置在垂直中心线的前、后、左、右区域。还需要做好螺钉的调整工作，可以设置一个不锈钢线框来妥善处理。

（3）使用钢卷尺专用工具时，可以全面准确地测量凹陷两侧的长度，使两侧的长度相同，并进行复测工作。

（4）水平地面找平应使用找平仪器和设备进行。找平仪器和设备可以放置在凹陷的表面上，并可以在纵向区域进行有效调整，以确保轴承与阀座的水平符合装配要求。

（5）检查设备，发现发电机组有故障时，应及时调整。应注意的是，只有在校准每个设备后才能进行装配工作。（6）设备组装后，必须确保滚动轴承能够保持水平和垂直稳定性，以防止在设备运行期间由于转子轴承力不均匀而产生异常摩擦。

（7）还需要处理转子的热变形，这不会对设备的运行造成很大危害，并确保发电工作的稳定性。如果转子异常情况严重，应及时拆除和更换转子，以彻底消除故障。

结论

引起汽轮机振动的因素很多，几乎所有误差都会反映在汽轮机振动的不同程度。本文针对汽轮机间歇性振动故障的成因进行分析，通过汽轮机振动成因及大量现场实际振动案例的分析，归纳总结出一系列间歇性振动故障的处理方法。一方面防止汽轮机组的间歇性振动过大导致的意外停机，一方面减小汽轮机组的振动延长机组的寿命，可以更好地保证汽轮机组的安全、正常的运行和生产。

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