议汽轮机振动的危害及检修方法
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【摘要】：随着科学技术的发展，汽轮机的应用越来越广泛。汽轮机主要是利用蒸汽的能量进行发电的原动机，一般是用于电厂、热电联产、石油化工和化学工业等行业的生产运行中。汽轮机作为发电设施的重要组成部分，发挥着不可替代的作用，但是在汽轮机运行过程中会受到多种因素的影响，产生振动，给整个发电系统造成危害，因此必须予以消除。本文主要探讨了汽轮机产生振动的主要原因，并对如何有效消除振动作为分析。
【关键词】：汽轮机；振动；危害；检修
中图分类号：U664.113 文献标识码：A 文章编号：
汽轮机具有操作简便、功率大、效率高、安全可靠等优点，因此在发电设备中倍受青睐。不过由于长时间的运转，还是会受到一定的磨损，会影响到汽轮机的正常工作，导致故障的产生。汽轮机振动是较为常见的故障类型，由于造成振动的因素很多，因此对于如何快速判断振动原因有一定的难度。所以，必须对造成汽轮机振动的原因进行分析，以保证在汽轮机发生故障时快速判定问题所在。
一、汽轮机的工作流程
汽轮机利用蒸汽的能量来进行工作。蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴隔板中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶片中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴隔板喷出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶片，在动叶流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，对动叶片产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。排汽离开汽轮机后进入凝汽器，凝汽器内乏汽经空冷器冷却凝结为水。从而在原来被蒸汽充满的凝汽器封闭空间中形成真空。为保持所形成的真空，真空泵则不断的将漏入凝汽器内的空气抽出，以防不凝结气体在凝汽器内积聚，使凝汽器内压力升高。集中在凝汽器底部及热井中的凝结水，通过凝结水泵送往除氧器作为锅炉给水循环使用。
二、汽轮机振动的危害
2.1机组经济性降低
汽轮机属于热能动力机械，其发电机组所产生的热经济性越高，则会使发电设备的效率提高，因此，会导致汽轮机组的热经济性上升，汽轮机在工作当中，汽封间隙小则会提高机组的热经济性，反之，则会降低机组的热经济性，但其汽封间隙的大小直接取决于机组的振动情况，如果振动过大，则会使汽封间隙过大，从而导致机组的热经济性降低。
2.2使机组动静部分及支撑部件产生损坏
机组由若干个不同的部件组成，如端部的轴封、隔板汽封、叶片、围带、叶轮、轴瓦等，一旦机组发生强烈的振动，则会导致部分的部件受损，严重时会直接碎裂，导致停机事故发生。
2.3使各连接部件松动机组发生过大振动，使机组相连接的轴承、轴承座、主油泵、蜗轮、蜗杆、活动式联轴器、凝汽器及发电机冷却器的管道等发生共振，引起法兰连接螺栓振动，地脚螺栓断裂，从而造成重大事故。
2.4直接或间接造成设备事故
汽轮机组如果振动过大时，则会导致机组上的一些仪表的工作无法正常工作，在振动下发生误动作，导致停机事故的发生。同时发电机的铁芯也会在振动下导致绝缘受到破坏，从而在发动机运行时引起铁芯温度过高而导致烧毁，或是绕组之间在没有绝缘的情况下发生短路。
三、汽轮机异常振动原因分析
目前在现代化的石燃料电站或是核电站中，多数都采用汽轮机组来作为发电机组，其发电量占总发电量的绝大部分，所以在发电厂，汽轮机担负着重要的发电任务，其正常运行具有十分重要的意义。但在汽轮机运行过程中，其发生异常振动的故障率较高，对引起异常振动的原因较多，如某个机体上的部件的损坏、油温、油质等都会导致汽轮机发生异常振动，因此，只能针对汽轮机发生异常振动时的原因进行分析，从而对症下药。
四、汽轮机组常见异常振动的分析与排除
4.1汽流激振现象与故障排除
汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显，如负荷，且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振；对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间（一年以上）记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。
4.2转子热变形导致的机组异常振动特征、原因及排除转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。
由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。
当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。
针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。
4.3摩擦振动的特征、原因与排除
摩擦振动的特征：一是由于转子热弯曲将产生新的不平衡力，因此振动信号的主频仍为工频，但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量，有时波形存在“削顶”现象。二是发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。
五、关于汽轮机异常振动故障原因查询步骤的分析
生产中经常遇到瓦盖振、轴振的异常变化，引起振动异常的原因很多。根据振动产生的集中原因，在查找振动主要来源时要注意下面几个要素：振动的频率是1X，2X，1/2X等。振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。振动的稳定性如何（指随转速、负荷、温度、励磁电流、时间、等的变化是否变化）。根据振动特征与日常检测维修记录多方面分析，找出故障原因最终排除。另外对于一些原本设计上有通病的机组，要做好心理准备并牢记其故障点，一旦出现情况首先要检查设计缺陷部件。
六、结语
目前汽轮机在多个行业的应用都十分广泛，并发挥着重要作用。因此做好汽轮机组的日常保养和维护是十分重要的，应针对引起故障的原因进行排除，要不然则会导致机组的其他零部件松动或是损坏，从而形成恶性循环，加快设备损坏的程度，因此要采取措施将振动降到合格的范围之内，保证汽轮机的稳定运行。
参考文献
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