火电厂汽轮机轴系振动分析及处理措施

火电厂汽轮机轴系振动分析及处理措施

周雷达

江苏华电句容发电有限公司  江苏省句容市212499

摘要：火力发电厂作为电力生产的重要基地，其运行稳定性和安全性直接关系到电网的可靠供电和国民经济的发展。汽轮机作为火力发电厂中的核心设备，其运行状态直接影响到整个发电机组的效率和安全性。然而，汽轮机在运行过程中，由于工作环境复杂、运行参数多变，常常会出现各种故障，其中轴系振动异常是较为常见且危害较大的问题之一。轴系振动不仅会影响机组的正常运行，还可能导致设备损坏、停机检修，甚至引发安全事故，造成巨大的经济损失。因此，对火电厂汽轮机轴系振动进行深入分析，并探索有效的处理措施，对于保障机组安全稳定运行、提高发电效率具有重要意义。

关键词：火电厂 汽轮机 轴系振动 振动分析

一、火电厂汽轮机轴系振动概述

火电厂汽轮机轴系振动是指汽轮机在运行过程中，其轴系（包括转子、轴承、联轴器等部件）因受到各种力的作用而发生的周期性或非周期性的位移和运动。根据振动的性质和特点，轴系振动可以分为多种类型，如横向振动、纵向振动、扭转振动等。其中，横向振动是最常见的振动形式，它主要表现为轴系在垂直于轴线方向上的位移和振动。

火电厂汽轮机轴系振动的产生机理复杂多样。例如：转子质量分布不均或旋转部件损坏等原因，导致轴系在旋转过程中产生不平衡力，从而引发振动。轴系各部件之间的连接不对中，会导致轴系在运行中产生附加的力和力矩，引起振动。轴承的润滑不良、磨损、松动或损坏等问题会导致轴承的支承刚度降低，进而引发轴系振动。在滑动轴承中，由于油膜的作用，轴颈在高速旋转时可能产生一种自激振动，即油膜振荡。火电厂汽轮机轴系振动对机组的安全稳定运行具有重大影响。当振动幅度超过一定范围时，可能导致设备损坏、性能下降、安全隐患等。

二、火电厂汽轮机轴系振动分析方法

1、振动监测技术

在汽轮机轴系的关键位置安装振动传感器，如轴承座、转子轴颈等，以实时采集振动信号。传感器类型包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器等，根据监测需求选择合适的传感器。

通过数据采集系统对振动传感器输出的信号进行采集，并进行滤波、放大等预处理，以提高信号质量。利用数字信号处理技术对振动信号进行进一步处理，如傅里叶变换、小波变换等，以提取振动特征参数。

2、振动信号分析方法

频谱分析：将振动信号从时域转换到频域，分析振动信号的频率成分及其幅值，以识别振动的主要频率和可能的故障源。频谱分析可以揭示振动信号的周期性特征，对于识别不平衡、不对中等故障具有重要意义。

时域分析：直接在时域内观察振动信号的波形、幅值等特征，以了解振动的瞬态特性和变化趋势。时域分析可以结合历史数据，对振动信号进行趋势预测和故障诊断。

模态分析：通过模态分析技术，识别汽轮机轴系的固有频率、模态振型等参数，以了解轴系的动态特性。模态分析有助于评估轴系在特定工况下的振动响应和稳定性，为振动控制提供理论依据。

3、振动故障诊断方法

专家系统：利用专家系统存储的振动故障案例和诊断规则，对振动信号进行智能分析和诊断。专家系统可以模拟专家的诊断过程，快速准确地识别振动故障类型和原因。

神经网络：通过训练神经网络模型，使其能够学习振动信号与故障类型之间的映射关系。神经网络模型可以对新的振动信号进行快速分类和识别，提高故障诊断的准确性和效率。

模糊逻辑：利用模糊逻辑处理振动信号中的不确定性和模糊性，提高故障诊断的鲁棒性。模糊逻辑可以与其他诊断方法相结合，形成综合故障诊断系统。

三、火电厂汽轮机轴系振动原因剖析

1、转子质量不平衡

汽轮机轴系振动的一个主要诱因是转子质量的不均衡，这构成了振动故障中的显著比例。在转子的制造与装配流程中，机械加工精度不足、组装质量不达标，或是维护期间替换的旋转部件未能精确匹配，均可能引入质量不平衡问题。尽管制造商会在产品出厂前执行高速动平衡测试，以减轻这一问题，但初始制造阶段遗留的微小质量不平衡仍可能未被彻底消除。对于新安装的机组，转子可能因材料受热产生的热应力而发生热弯曲，这种弯曲现象可通过后续的动平衡调整来纠正。然而，在机组运行期间，多种外部因素如润滑油与密封油的温度波动、轴封蒸汽供应温度的变化、氢气冷却系统两端温差、汽缸内水分侵入、冷空气渗入汽缸以及旋转部件与静止部件之间的摩擦等，均可能诱发或加剧转子的热弯曲，进而影响轴系的稳定性。

2、动静摩擦

汽轮机动静部件之间的摩擦也是造成大振动的原因之一。一般来说，更换新的轴瓦或进行机械改变时，很容易出现碰磨现象。虽然摩擦一段时间后振动可能会慢慢降低，但也有可能振动不会减小，反而持续存在。转子轴向位置安装不精确、流体通道轻微改变、旋转失速等因素也可能导致摩擦引起的振动。

3、联轴器不对中

联轴器的不对中状态会在转子之间的连接区域引入具有两倍于运行频率特性的弯矩和剪切力，这种力的作用方式加剧了连接处的机械应力。同时，这种不对中状况还会间接导致相邻的轴承承受来自径向的、与机组运行频率相对应的周期性作用力。这些额外的力和力矩共同作用于整个轴系，使得机组在运行时出现振动现象，影响了其稳定性和运行效率。联轴器不对中的原因可能包括安装误差、运行过程中的热膨胀不均等。

4、机组运行参数异常

机组运行参数异常也是引起振动的原因之一。例如：汽轮机启机过程中，若暖机时间不够，升速或加负荷过快，将引起气缸受热膨胀不均匀，导致气缸相对于转子发生歪斜，机组产生不正常的位移和振动。机组在运行中如真空下降，将引起排气温度过高，后轴承上抬，破坏机组的中心，引起振动。机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，将使胀差和汽缸变形增加，造成机组中心移动超过允许的限度，引起振动

四、火电厂汽轮机轴系振动处理措施

定期对转子进行动平衡试验，发现并校正不平衡质量，减少因质量不平衡引起的振动，对于因转动部件飞脱或松动引起的振动，应及时更换或修复相关部件。确保动静部件的安装精度，避免在检修过程中造成新的摩擦，通过监测振动数据，及时发现并调整可能产生摩擦的部件位置。在机组安装和检修过程中，确保联轴器的精确对中，避免因不对中引起的振动，定期对联轴器进行检查和维护，确保其处于良好状态。确保润滑油的供应量和质量满足要求，避免油膜不稳定，通过调整油温来改善油膜的稳定性，减少振动。在机组启动和加负荷过程中，严格控制升速和加负荷速度，避免机组受热膨胀不均匀引起振动，确保机组在运行过程中真空稳定，避免因真空下降引起的振动，确保进汽温度在设计规范范围内，避免因进汽温度过高引起的振动。安装振动监测与分析系统，实时监测机组振动情况，为故障诊断和处理提供数据支持。在机组突然发生强烈振动时，可采取“闷缸”操作，隔绝汽轮机所有进汽和疏水，以减少转子的热弯曲和振动。

五、结束语

火电厂汽轮机轴系振动作为影响机组安全稳定运行的关键因素，其分析与处理不仅关乎电力生产的连续性和可靠性，更直接关系到企业的经济效益和社会效益。我们将继续深化对火电厂汽轮机轴系振动的研究与探索，不断优化处理措施，提高处理效率，为电力生产的安全稳定运行保驾护航。我们也将积极推广和应用新技术、新方法，推动火电厂汽轮机技术的持续进步与发展，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系贡献力量。

参考文献

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