25MW汽輪發電機組振動分析與處理

崔海濤

摘 要：結合宣鋼動力廠6#和7#汽輪發電機組日常運行狀況和機組振動的處理方法，對造成汽輪發電機組振動的故障原因和對策進行了總結，希望對今后汽輪發電機的故障處理起到積極的推動作用。

關鍵詞：汽輪發電機；轉子；支撐軸承；震動傳感器

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.123

宣鋼6#和7#25 MW汽輪發電機組在運行過程中電機軸承的振動過大，汽輪發電機的振動數據是判斷汽輪發電機運行情況的重要指標，一旦振動值增大，則會嚴重影響設備的正常運行。振動過大是汽輪機運行過程中常見的故障之一，經驗證明，造成振動值偏大的原因有很多，包括設備故障、運行工況、軸承加工質量和安裝質量等因素。因此，要想解決汽輪發電機振動問題，就要對造成振動過大的原因進行分析和判斷。只有這樣，才能有針對性地提出合理的解決方案。

1 設備情況概述

宣鋼動力廠6#25 MW汽輪發電機組汽輪機由青島捷能汽輪機股份有限公司生產，型號為C25-3.43/0.981，型式為單缸直聯中壓調整抽汽冷凝式汽輪機，發電機為濟南發電設備廠生產的QFW-30-2型發電機。汽輪發電機組軸承允許出現的最大振動值不能超過35 μm，汽輪發電機結構中發電機和汽輪機分別為兩道軸承支撐轉子形式，轉子通過聯軸器相聯，支撐軸承采用圓筒滾動式軸承，可通過在軸承垂直方向上加裝振動傳感器測量軸承振動數值。

2 振動原因分析

2.1 支撐動剛度

通過歸納可看出，支撐度剛性不足、振動激振力過大是振動過大的主要原因。支撐度剛度包含結構剛度、連接剛度和共振三個主要部分。支撐度剛度不足表現為在額定3 000 r/m下的振動數值較大；連接剛度不足表現在軸承上各點的差別振動值較大。當振動表現為激振力增大時，表明軸承軸瓦部分可能存在一定程度的磨損，具體磨損程度可通過采集到的振動頻率判斷，通常情況下，工頻震動表明磨損較輕；當振動頻率中包含2倍甚至更高頻率的分量時，軸承軸瓦的磨損情況會加重。

2.2 激振力

造成普通強迫振動的激振力分為轉子不平衡力、不平衡電磁力和軸系連接的同心度偏差。由不平衡電磁力導致的振動會隨著發電機勵磁電流的變化而變化；軸系連接的同心度偏差造成的振動會隨著有功負荷改變而變化；排除以上2種振動原因后，可斷定是由于轉子不平衡力而造成的激振力，這種振動汽輪機處于臨界轉速時軸瓦的振動值比啟動時的振動值有明顯的增加。

2.3 轉子熱彎曲

汽輪機轉子熱彎曲造成的強迫振動通常無法直觀判斷，因此，必須進一步分析和判斷，具體可分為以下6種情況：①轉子在制造過程中，材質不均會造成轉軸內應力增大，這種故障的影響比較輕微，且會隨著時間的推移逐步釋放內應力，振動值會隨著有功功率的減小而減小。如果負荷減小后振動值增大，則可以排除制造過程中存在問題的情況。②套裝葉輪過程中保留的軸向間隙過小或不均勻會造成轉子熱彎曲，這種故障表現為當汽輪機進氣量增加后，因輪轂膨脹而造成轉子彎曲值增加，但穩定運行一段時候后，變形量會被逐漸消耗，振動值隨之降低；振動增大后，減小汽輪機的進氣量，振動降低，最終趨于平穩。③轉軸與葉輪輪轂之間的氣隙不均勻。這種情況會造成轉軸的溫度升高、降低或不均勻，甚至會造成轉子熱彎曲現象。這種故障引起的振動會隨著進氣量的增加而增大，進氣量減小后振動也會自然減小。④轉軸上套裝的部件張緊力下降。一旦套裝部件的張緊力下降，則會造成套件與轉子本體的溫度不一致，溫差會造成轉子徑向加熱不均勻，進而產生熱彎曲現象。這種故障產生的振動在起機運行時間較短或負荷突然增大初期表現得非常明顯，當經過一段時間的正常運行后，套件與轉軸的溫度趨于一致，振動現象會逐漸消失，特別是經過滿負荷運行后的汽輪發電機中不會存在這種故障。⑤運行過程中轉軸與水接觸。當疏水管路不暢時，產生的積水會在抽氣管止回閥部分造成閃蒸現象，閃蒸會導致一部分水濺到轉軸上，進而產生熱彎曲。這種故障造成的振動通常通過疏通疏水管或在正常運行一段時間后消失，屬于可自行恢復的轉軸熱彎曲現象。⑥轉軸碰磨。一旦轉子動、靜部件之間的間隙變小或消失，則會在轉子轉動過程中造成轉軸與靜止部件的碰撞摩擦，進而造成局部溫度升高，導致轉軸熱變形。這種故障下的振動值由原始不平衡度與發生碰磨的熱彎曲效應共同決定。碰磨又可以分為徑向和軸向兩個方向，徑向碰磨發生的概率較高，發生徑向碰磨后，會在低速運行時在軸封和軸瓦處存在聲響，同時，運行過程中軸瓦和回油的溫度會升高，這是由于徑向間隙變小而導致的，可通過在運行過程中產生的較大振動而自行修復。軸向碰磨通常是由于氣封齒與轉軸上的間隙變小造成的，軸向碰磨產生的突發性振動持續的時間要比徑向碰磨長很多，故障很難自行恢復，特別是當汽輪機轉速降低到臨界值附近時，由軸向碰磨而導致的振動會突然增大。

3 結束語

通過對汽輪機組振動現象的原因進行分析，可有效地對6#和7#汽輪發電機點檢過程中遇到的振動問題進行判斷，并對振動故障進行分析，找出造成振動增大的原因，從而為下一步的停機檢修提供科學的依據，提高檢修質量，促進汽輪發電機的可靠運行。

汽輪發電機的振動問題一直是困擾運行檢修人員的難題，也是設備運行過程中最常見的問題。通過不斷地摸索和積累經驗，可提高對振動故障的判斷處理能力。在檢修過程中，要細心、認真地做好每一步工作，提高檢修質量，避免因檢修質量不高而造成的故障遺留問題，從而為發電機組的可靠運行提供強有力的保障。

參考文獻

[1]吳景豐.汽輪發電機組常見振動故障診斷的研究[D].大連：大連理工大學，2003.

[2]張國強.汽輪發電機故障分析與診斷[D].北京：華北電力大學，2011.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： Combining Xuangang Steel Power Plant # 6 and # 7 turbogenerator daily health and treatment unit vibration causing Turbine Vibration Causes and countermeasures are summarized turbogenerators hope for the future Troubleshooting play a positive role in promoting.

Key words： turbogenerator； rotor； support bearings； vibration sensor