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

孔纯兵

中电（商丘）热电有限公司  河南 商丘 476006

摘要:汽轮机是发电和输电的重要设备，振动故障会影响火电厂的正常运行。汽轮机在运行过程中受到一系列因素的影响，本文主要就火电厂汽轮机常见的振动故障进行了分析，并提出了故障诊断措施。

关键词：火电厂；汽轮机；振动

引言

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，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。因此，在开展汽轮机日常检修时如果发现有异常振动，应进行振动故障分析，在诊断故障原因后采取有效措施予以解决。

1 汽轮机常见振动故障分析

1.1 动静碰摩故障

汽轮机的结构组成呈现出精密化、集成化的发展趋势，部件之间的间隙变小，在运行时发生碰撞摩擦的几率升高。转子与静子之间的碰撞摩擦是引起汽轮机异常振动一种常见故障形式。正常情况下，转子与静子的中心相互重合，转子在高速转动时不会与静子直接接触。但是由于各种因素（如零件老化、磨损等）的影响，转子中心发生偏离，当偏移量达到一定值后，转子与静子接触、摩擦。

1.2 转子质量不平衡

造成汽轮机转子不平衡的原因主要有三种：其一是转子原始质量不平衡，转子在加工制造时因为工艺不合格，导致局部质量偏大或偏小。在低转速下原始质量不平衡对振动的影响不明显，随着转速增加，因为原始质量不平衡导致的转子振动也会逐渐增加。其二是部件松动或脱落，例如叶片上的围带脱落，转子线圈松动等，都会打破原本的质量平衡状态，进而引起振动波动。其三是转子热弯曲，在弯曲部位质量的均匀度和平衡性也会受到严重破坏。

1.3 转子不对中

根据相邻转子之间的偏移情况，可以将转子不对中分为3 种情况，即平行不对中、角度不对中和组合不对中。平行不对中是相邻两个转子的轴线互为平行；角度不对中则是两个转子的轴线连接点正常；组合不对中是同时存在距离和角度不对中的情况，即前面两种情况的叠加。

1.4转子受热弯曲变形故障

汽轮机转子加热时，可能会出现弯曲变形等现象，设备也会出现异常振动。转子的的受热弯曲和变形受各种因素的影响，例如，如果转子运行时出现散热问题，则单个部件的高散热会引起变形问题。设备运行过程中，蒸汽和冷空气进入气缸区域，摩擦时产生大量热量，可能导致转子变形。转子一旦出现弯曲变形现象，就会影响机组运行，引起异常振动故障。

1.5气流激振故障

设备运行期间，机组负荷将继续增加。当超过标准值时，轴振动将迅速增加，当标准值较低时，振动将减小。振动频率与转子的临界转速密切相关。产生的气流激励属于正涡动，通常发生在高压转子区域，也可能发生在再热中压转子区域。形成气流激励的主要原因是设备运行状态下气道中的气流不均匀，导致叶片上出现异常应力。当一些大型机组运行时，空气膨胀区域位于叶片末端。此外，如果运行期间气流路径异常，将导致气流励磁故障。如果在处理轴封时密封性不足，也会导致气流励磁故障。

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

了解动静碰摩的典型特征可以帮助检修人员初步判断故障类型。转子与静子发生碰摩时主要有以下特征表现：其一是异常振动具有明显的周期性。这是由转子运行时周期性地与静子碰撞决定的；其二是碰摩点局部发热现象明显。转子碰撞摩擦静子时，由于转速较快，加上没有润滑油的保护，干摩擦会导致碰撞部位产生大量的热，因此静子的碰撞点处的温度要明显高于其他位置。根据上述特征初步确定动静碰摩故障后，还需要借助于仪器做进一步的诊断。通常是使用涡流传感器采集汽轮机运行是转子的振幅、频率等参数型号，然后与正常工况下的参数进行对比，如果发现参数有明显异常可以确定故障类型。

2.2转子振动故障诊断方法

转子振动故故障护理时，有必要提高轴瓦的比压，减少油膜的振荡。维修人员可以适当调整轴瓦的轴承合金宽度，缩小轴瓦顶部的孔隙，以降低故障概率。调整轴瓦和轴颈之间的接触角时，尽量减小接触角。您可以选择动态粘度相对较小的润滑油添加到机组中，以提高机组的运行效率，减少振动的影响。在改善转子平衡时，尽量减少转子中的不平衡力，以确保转子稳定运行。安装设备时，应选择更多的专业人员，严格按照设计要求进行，以提高安装工作的质量。维修人员可以用钢丝校准钢丝，以提高安装精度。在纵向中心轴前后的区域中，可以设置嵌入位置。还要做好螺钉的调整工作。你可以设置一个钢丝架来正确处理它。使用钢卷尺工具时，可以全面测量凹陷两侧的长度，使两侧的长度相等，然后重新测量。水平仪表可放置在坑面上，并在垂直区域进行合理调整，以确保轴承座的水平符合安装要求。

2.3 转子不对中的特征表现与诊断方法

汽轮机组运行时出现转子不对中时，观察转子的频率图，如果发现在径向方向上以2 倍频为主，1倍频和多倍频为辅，可以诊断为平行不对中。其中，在垂直和水平方向上的振幅越大，说明不对中偏差越严重，据此可以判断转子不对中故障的严重程度。如果发现在轴向方向上以1x 频率振动，并且联轴器处两个转子的轴向振动相位差达到π 左右，可诊断为角度不对中。如果发现转子振动频率以2 倍频为主，并且波形稳定，联轴器两侧的径向和轴向相位差在180°左右，可诊断为组合不对中。

2.4转子受热弯曲变形故障

在安装设备时，应选派较专业的人员，以提高安装工程的质素，以提高安装精度。可在垂直中轴前后的区域设置预先布置。还需要调整螺钉，可安装钢架对其进行适当加工。对于找平工作，应选择水平仪器，在垂直区域合理调整，使轴承水平达到规定要求。检查机组时，如发现机组故障，应及时调整。转子的热弯曲问题也需要解决，只有在不会对设备运行造成重大影响的情况下，才能保证发电的稳定性。如果转子异常较为严重，则应及时更换转子以彻底消除缺陷。

2.5气流激振故障

在运行状态下，设备一旦发生气流励磁故障，将对各部件的运行产生负面影响。在排除该故障时，需要根据设备运行数据绘制曲线，全面分析故障的发生。在解决故障时，需要调整负荷率和供水，全面收集调整过程中产生的数据信息，并描述设备的运行曲线。不同的调节形式会产生不同的激励效果。因此，有必要比较记录的数据，以确定气流励磁故障是否可以抵消，从而选择最佳调整方法，以避免故障干扰汽轮机组的运行。在处理励磁问题时，为了避免故障引起的负载范围，并确保设备保持正常运行，应尽可能降低负载率。采用专家系统基于海量的数据样本训练，能够根据振动信号分析结果，实现对常见故障的准确判断。同时还能自动生成故障诊断报告，为技术人员了解故障原因、制定维修方案提供了必要的依据。

结束语

振动故障是火电厂汽轮机日常运行是比较常见的故障形式之一，除了会影响汽轮机的性能、效率外，还有可能导致汽轮机转子失速或破损，造成严重的经济损失。因此，设备维修人员应熟悉造成汽轮机振动故障的常见原因，掌握诊断方法，在诊断故障后及时采取维修措施，才能保障汽轮机稳定运行，维护火电厂的生产效益。

参考文献：

[1]娄岳峰.汽轮机常见的故障分析及对策[J].科学技术创新,2020(20):11-12.

[2]李宽宽.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术探索[J].中国设备工程,2020(03):153-155.

[3]曹广鹏,刘刚,段士全.火力发电厂汽轮机常见故障分析与检修[J].科技创新导报,2018,15(36):88-89.

[4]周民.浅析火电厂汽轮机振动原因及解决方法[J].科技创新导报,2017,14(26):22-23.

[5]李德利.火电厂汽轮机运行故障处理研究[J].科技风,2016(22):109.