汽轮机振动的常见因素及其特征分析

汽轮机振动的常见因素及其特征分析

王虹昊

河北大唐国际唐山热电有限责任公司 河北 唐山 063000

摘要：本文研究了引起汽轮机振动的常见因素及其振动特点。不同因素引起的振动具有独特的特征，通过对这些特征的分析，可以实现对振动原因的快速判断和区分。汽轮机的振动往往是多种因素共同作用的结果。本文通过分析总结几种常见振动因素特点，为在汽轮机运行和维护中抓住影响振动的主要因素，并解决问题提供了有益的参考，同时在预防和处理振动方面，本文也提出了一些措施。

关键词：汽轮机振动；常见因素；影响特点

一、引言

汽轮机是发电厂重要设备，运行中过度的振动会导致设备损坏、效率降低甚至停机，给生产带来严重影响。因此，及时判断振动因素并消除，对于保障汽轮机的安全运行具有重要意义。本文旨在深入探讨引起汽轮机振动的常见因素，分析不同因素所导致的振动特点，并提出有效的区分方法。同时，我们还将探讨振动的预防和处理措施，以提高汽轮机的运行和检修的可靠性和稳定性。

汽轮机振动往往是由多种因素叠加共同导致的结果。在检修和维护中，及时从众多因素中，找出影响振动的主要因素，并加以处理至关重要。因此分析不同因素引起振动具有的独特特征，实现对振动原因的快速判断和区分。对于检修和运维人员大有用益。

本文阐述了引起汽轮机振动的常见因素、不同因素导致的振动特点以及区分方法，并提出相应的预防和处理措施。希望本研究能够为汽轮机的运行和维护提供有益的参考，促进汽轮机技术的发展和应用。

二、引起汽轮机振动的常见因素

引起汽轮机振动的常见因素可以分为机械因素、流体动力因素和其他因素三大类。

（一）机械因素

1. 转子不平衡：转子不平衡是导致汽轮机振动的主要机械因素之一。当转子的质量分布不均匀时，会在旋转过程中产生离心力，引起振动。例如运行中低压转子末级叶片的水蚀，和原有平衡块的松动都会引起这类振动。

这类振动特征。振动频率上：转子不平衡导致的振动频率通常是转子旋转频率的整数倍。这是因为不平衡质量在旋转时产生的离心力与转速相关。振动方向上：振动通常在垂直于转子轴线的方向上最为明显。这是因为不平衡质量产生的离心力在垂直方向上的分量最大。振动幅值上：振动幅值与不平衡质量的大小和位置有关。不平衡质量越大，振动幅值越大；不平衡质量远离转子的重心，振动幅值也会增加。

2. 轴弯曲：轴弯曲可能由制造缺陷、安装不当、运行中的应力或热变形等引起。轴的弯曲会导致转子不平衡，进而引发振动。例如运行中，轴封温度控制不良，或者起停操作中盘车不当，特别是在高压缸内调节级温度150℃以上时盘车不当，容易造成汽轮机转子弯曲。

这类振动特征与一般的质量不平衡故障类似，具体表现有：振幅同不平衡质量成正比、振动频率等于转子的旋转频率、波形为正弦波、振幅及相位始终保持常数而与机组负荷工况无关等。

3. 轴瓦故障：轴瓦的磨损、损坏或润滑不良等故障会导致转子与轴承之间的摩擦力增大，导致运行中油膜不稳，引起激振导致转子振动。例如：润滑油质不合格、油中有异物、轴瓦负载分配不均、顶轴油油囊不足等问题都可能导致这类振动。

这类振动特征有：振动频率通常较低，一般在工频的整数倍或分数倍处出现峰值。随着轴承故障的发展，振幅可能会逐渐增大。振动相位可能会发生变化，尤其是在故障轴承处。同时在轴承故障处可能伴有噪声增大、润滑油温升高等问题。

（二）流体动力因素

1. 旋转失速：在某些工况下，流体在叶轮或扩压器中流动时可能出现失速现象，导致流体动力不稳定，引发振动。这类振动一般发生在蒸汽流量减小到某个特定值时。在这种情况下，叶栅失去稳定，气流在叶片凹槽中产生分离，形成大量涡流，从而阻碍了蒸汽的正常流动。

旋转失速引起的振动通常具有以下特点：振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大。振动频率与工频之比为小于1的常值。转子的轴向振动对转速和流量十分敏感。排气压力有波动现象。流量指示有波动现象。机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降。

2. 气流激振：气流的不稳定或脉动会对汽轮机的叶片和转子产生激振力，导致振动。

它通常与蒸汽流量、压力、温度等参数的变化有关。

气流激振引起的振动具有以下特点：

振动与蒸汽流量、压力、温度等参数的变化密切相关。振动频率通常较高，可能是工频的整数倍或分数倍。振动可能呈现间歇式或阵发性，与气流的不稳定流动有关。振动可能在某些工况下更为明显，如低负荷、高负荷或过渡工况。

3. 动静部分摩擦：汽轮机的动静部分之间的间隙不合适或存在磨损时，会导致摩擦，产生振动。这类振动一般发生在径向间隙的摩擦。动静部分摩擦引起的振动频率通常较低，一般在工频的整数倍或分数倍处出现峰值。随着摩擦的发生和消失，振幅会突然增加或减小，呈现出明显的波动。振动相位可能会发生突然的变化，尤其是在摩擦发生时。除了振动，动静部分摩擦还可能导致异常的噪声。

（三）其他因素

1. 中心不对中：中心不对中会导致额外的力和力矩，引起振动。

这类振动特点比较明显，振动频率通常较低，一般在 1x 转速以下。振动主要发生在垂直于轴系的方向上，即径向方向。振动幅值可能会随着负荷的增加而增大，尤其是在高负荷下更为明显。相位关系上，在正常情况下，转子的旋转运动会比较平稳，各轴承之间的相位差也会保持相对稳定。然而，当存在中心不对中时，转子的运动会受到影响，导致轴瓦负荷的不均匀分配。这种不均匀的负荷会导致相邻轴承之间的相位差发生变化，从而可以通过观察相位差来辅助判断。

2. 基础松动：汽轮机基础的不均匀沉降或松动会影响机器的整体稳定性，导致振动。

基础松动导致的振动频率通常较低，可能在工频的整数倍或分数倍处出现峰值。基础松动会使机器的支撑结构不稳定，因此振动的振幅可能会出现波动或不稳定的情况。基础松动引起的振动可能会随着负荷的变化而变化，在负荷增加时，振动可能会加剧。振动相位可能会发生变化，尤其是在基础松动的情况下。

三、不同因素引起的振动特点及区分方法

在旋转机械中，不同因素引起的振动具有各自独特的特点。通过对这些特点的分析，可以有效区分不同振动源，为故障诊断提供依据。

（一）不平衡引起的振动特点及区分方法

不平衡引起的振动具有以下特点：

振动频率主要为工频（即旋转频率），可能存在少量倍频成分。

振动幅值随转速的增加而增大，在临界转速附近可能出现共振峰值。

振动相位相对稳定，通常与转速同步。

区分不平衡振动的方法主要包括：

振动频谱分析：观察振动频谱是否以工频为主，是否存在倍频成分。

相位分析：检查振动相位是否与转速同步。

动平衡试验：通过对转子进行动平衡试验，验证不平衡的存在。

（二）不对中引起的振动特点及区分方法

不对中包括轴系不对中和联轴器不对中，会导致额外的力和力矩，从而引发振动。

不对中引起的振动具有以下特点：

振动频率通常为工频的整数倍或分数倍。

振动幅值可能在某个方向上较大，如垂直方向。

振动相位可能会出现不稳定或波动。

区分不对中振动的方法主要包括：

振动频谱分析：观察振动频谱是否存在工频的整数倍或分数倍频率成分。

相位分析：检查振动相位是否稳定或存在波动。

激光对中仪测量：使用激光对中仪测量轴系或联轴器的对中情况。

（三）松动引起的振动特点及区分方法

松动是指部件之间连接的紧固程度不足，会导致振动能量的传递和放大。

松动引起的振动具有以下特点：

振动频率较低，通常低于工频。

振动幅值可能会出现波动或不稳定。

振动相位可能会随时间或负荷变化而变化。

区分松动振动的方法主要包括：

振动频谱分析：观察振动频谱是否存在低频率成分。

相位分析：检查振动相位是否随时间或负荷变化而变化。

现场检查：通过目视、敲击等方法检查部件连接的紧固情况。

（四）其他因素引起的振动特点及区分方法

除了上述常见因素外，还有其他因素可能引起振动，如轴承故障、齿轮故障、流体动力激励等。这些因素引起的振动具有各自独特的特点，可以通过振动频谱分析、声音检测、温度监测等方法进行区分和诊断。

四、运行维护中振动的预防和处理方法

1. 定期检测和监测振动：使用振动监测仪器定期测量振动参数，及时发现振动异常，并采取相应的措施。
2. 及时修复轴承故障：对发现的轴承故障及时进行修复或更换，避免故障进一步恶化。
3. 调整运行参数：根据实际情况，合理调整汽轮机的运行参数，如转速、负荷等，以降低振动水平。

五、结论

（一）总结引起汽轮机振动的常见因素及其特点

本文对引起汽轮机振动的常见因素进行了分析，包括不平衡、不对中、松动、流体动力激励等，并对其振动特点进行了描述。这些因素的准确识别对于有效解决振动问题至关重要。

（二）强调预防和处理振动的重要性

预防和处理振动是保障汽轮机安全运行的关键。在运行维护阶段及时处理振动问题，可以降低振动对汽轮机的影响，延长设备寿命，提高运行可靠性。

（三）提出未来研究的方向和建议

为了进一步提高对汽轮机振动的认识和控制能力，未来的研究可以关注先进的振动监测技术结合智能诊断算法从智慧电厂的角度，提前分析预判机组可能出现的缺陷，提高检修的精准性和科学性。同时，加强与减振新材料领域的合作，共同推动汽轮机振动控制技术的发展。