汽轮发电机组不平衡振动分析[摘要]汽轮发电机异常振动是一种复杂的综合性故障形式，而不平衡振动是汽轮机振动中最常见的形式。

通过200mw—660mw机组多起不平衡振动事例的分析，对不平衡振动随转速、负荷等重要参数的变化规律及不平衡振动的频谱特征进行了小结，提出了不平衡振动诊断时注意的事项，为科学诊断不平衡振动故障提供了借鉴。

[关键词]振动不平衡振幅基频中图分类号：tm311 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-235-020 引言对转动机械来说，微小的振动是不可避免的，但如果机组转动中振幅比原有水平增大较多，甚至是增大到超过允许标准，就属于异常振动。

异常振动既是汽轮发电机运转中缺陷、隐患的综合反映，反过来又将造成故障的进一步恶化和设备损坏，形成恶性循环。

异常振动还可能造成周围设备的损坏、人员的不适和职业病的发生。

准确分析判断振动类型对处理振动事故至关重要。

汽轮机组振动原因虽然很多，但最常见的振动主要有不平衡引起的振动。

不平衡引起的振动占到现场异常振动的80%左右。

虽然随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。

即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。

原始质量不平衡、转动过程中部件飞脱、转子弯曲等都会造成不平衡振动。

1 原始不平衡原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。

它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。

2004年5月，某200mw机组小修后曾发生振动随转速升高迅速增大的现象，且转速稳定时，振动也变化不大。

过临界时#2轴振更是一度达到400um。

但轴向振动却只有50um左右。

带负荷运行中#2轴振则稳定在180um左右。

升降负荷过程中振动幅值相近。

时域波形和频谱图上基频分量稳定在155um左右，是典型的初始质量不平衡振动。

对汽轮机转子加重平衡后振动明显减小。

最终稳定运行时在80um以下。

2 转动过程中的部件飞脱汽轮发电机组叶片、围带、拉金以及平衡质量块转动部件发生飞脱，使原本的平衡状态发生改变，造成了质量不平衡，便引起了机组的异常振动。

与其他不平衡振动不同的是振动具有突增性。

振动突增至某一较高数值时，通常可以听见较大的声响。

2004年9月，某200mw机组带175mw负荷，振动突然增大，特别是#4、#5轴振更是分别增大到190um和270um。

同时凝汽器水位异常升高，分析原因为转动部件飞脱打破凝汽器铜管。

进行紧急停机，并对低压缸揭缸检查，检查结果低压叶片围带脱落一段，直接打破凝汽器铜管6根，最终凝汽器铜管堵管38根。

3 转子弯曲转子发生弯曲后，由于转子质量中心的变化，原本平衡良好的转子也就发生了质量不平衡。

引起转子的弯曲的原因主要有动静摩擦、热弯曲、重力弯曲，另外套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲。

转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间的运行后，内应力逐渐得到释放，也会使转子产生弯曲变形。

3.1 动静摩擦汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。

动静摩擦会使转子径向局部过热膨胀而弯曲。

随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。

碰摩常常是中间过程，大部分时候转子弯曲才是碰摩的根本原因。

2005年，某200mw机组振动一直趋高，在1400rpm中速暖机开始时，#3振幅达到130um，之后随着暖机时间的延长，振幅逐渐减小。

中速暖机时间结束，#3振幅达到100um，升速过程中振幅又迅速增大。

1500rpm时#3轴振达到120um。

升速过临界时1713rpm #3轴振达到320um，汽机跳闸。

降速过程中#2轴振最高达到400um。

仔细倾听轴封及汽缸等处，未听见明显的碰摩声。

停机后转子静止时，测量大轴的晃度从原始值92um明显增加到124um。

盘车4小时后再次冲转时情况类似。

中速暖机结束时振幅80um，升速过程中振幅又迅速增大。

升速过临界时1807rpm#3轴振达到320um，汽机跳闸。

之后将1400rpm中速暖机时间延长至3小时，并升速至1470rpm 继续暖机1小时，暖机结束时#3振幅60um，过临界时最大振动达到280um。

并网带负荷后#2轴振则稳定在140um到190um之间。

负荷增大时振幅稍有增大。

且负荷变化时，振幅变化具有迟缓性，一般在负荷变化后3—5分钟分钟振幅发生变化。

停机时，过临界时#3瓦轴振达到400um顶表。

惰走时间有正常的32min减少到24min。

投入盘车后大轴扰度141um，比原始值高出31um。

缸温降到150℃后停止盘车，对汽缸进行揭缸检查，发现中压缸第5级叶顶围带汽封全部磨损，页顶围带磨损0.3mm，中压缸前后汽封也出现严重磨损。

2012年11月，某660mw机组小机盘车投入时，#1轴振迅速增大到69um，仔细倾听#1轴封处有轻微的碰摩声音，之后随着盘车时间的增长，#1轴振逐渐恢复到12um的正常值。

分析过程如下：该机组小机为杭汽厂引进的nk63/71型汽轮机机，小机不设真空破坏门，小机轴封间隙较小，保温也比较好。

在停机后缸温下降缓慢。

小机盘车4小时后停止盘车运行，此时缸温还比较高。

该小机未设内缸缸温测点，盘面上显示的缸温测点实际上是外缸缸温，在小机正常运行中最高只到110℃左右，不能以此作为停盘车参考。

停盘车将近6小时后再投盘车时，大轴出现轻微的热弯曲。

由于轴封间隙较小，热弯曲的结果造成#1轴封处出现轻微的动静碰摩。

随着时间的推移，热弯曲逐渐减轻，同时，汽封片被磨损后碰摩现象也消失。

从上图可以看出，停机后小机盘车4小时停止盘车运行，小机盘车时间明显偏短。

在较高的汽缸温度下，过早的停止盘车造成了转子的热弯曲以致引起了轻微的碰摩。

3.2 热弯曲由于疏水不畅、暖机不充分、汽缸内进冷气冷水、汽缸保温不良、发电机转子冷却不均匀或匝间短路等都可能造成转子热弯曲。

3.2.1 疏水不畅、暖机不充分造成的热弯曲2011年6月某600mw机组#1小机首次单转冲转蒸汽参数0.78mpa/176.3℃，偏心14.5um，升速率300rpm/min，冲转过程在振动随转速上升，至800rpm暖机时已上升至100um以上无法稳定，继续升速，转速最高冲至1500rpm，振动大打闸。

投盘车后偏心超过100um。

分析认为主要是由于转子产生了暂时的热弯曲引起不平衡振动，而热弯曲原因是辅助蒸汽尽管有240℃，但其用户太少，单转小机进汽量小流通量不大，造成小机主汽门前蒸汽只有180℃左右；同时检查发现轴封疏水不畅通。

经采取措施疏通轴封疏水，并投入锅炉暖风器增加辅汽流通量等措施确保小机进汽温度上升至220℃，6月18日再次冲转，升速率300rpm/min，转速至1500rpm 暖机，振动最大不超过30um。

暖机结束，设目标转速3000rpm，升速率300rpm/min，过临界转速最大56um。

转速到达3000rpm，最终振动稳定在20um以下。

3.2.2 发电机转子冷却不均匀造成的热弯曲2011年8月，某600mw机组调试时，振动突然发生爬升现象，各轴承振动都有明显增加，发电机前后轴承振动均增大将近20um。

检查发电机两端氢气温度相差约12℃。

原来，当时进行了发电机四角氢气冷却器投入操作，由于一组氢气冷却器有漏，在对角投入两组氢气冷却器时，由于标示不对，实际上投入的都是汽端的两个氢冷器。

改变氢气冷却器投运方式后，振动恢复正常。

3.3 重力弯曲汽轮发电机长期停运时转子长期停留在同一个固定位置因重力而引起的弯曲。

现阶段许多处于待关停的机组这种现象比较突出。

2010年，某200mw机组停机3个多月后再次启动，投入盘车时，大轴扰度较以前上升35um，在冲转过程中振动大，被迫延长暖机时间4小时。

对于这种待关停的机组，停盘车前应将缸温降到更低，并应考虑停盘车后过一定时间进行盘转180度。

避免汽轮发电机转子长期停留在同一个固定位置因重力而引起的弯曲。

4 不平衡振动的普遍特征从大量现场振动实例可以发现，不平衡振动具有以下显著特征：不平衡引起的振动的对转速的变化最敏感，其振幅与转速平方成正比，在转子通过临界转速时振幅明显地增大。

但与负荷关系不大。

不平衡引起的振动径向振动较大而轴向振动却较小，时域波形和频谱图上均具有稳定的1倍频分量。

5 对不平衡振动诊断时应注意的事项汽轮发电机组振动故障的诊断分析方法很多，在振动诊断时应注意调查当时是否进行了相关操作，并分析振动随转速、负荷等重要参数的变化趋势，有条件的还可以利用频谱仪根据振动的频谱特征进行分析。

在分析时，不能拘泥于理论知识，必须将各种知识有机结合起来。

5.1 注意调查当时是否进行了相关操作突然发生的振动爬升或突增现象往往与操作有关，当发生振动增大时，第一时间询问是否进行了某项操作并对照相关影响参数对判断振动原因非常重要。

2011年8月2日，某600mw机组调试时突然发生振动增大的现象，低压缸两侧振动增大尤其明显。

crt上相关参数检查正常，低压缸轴封进汽温度维持170℃左右。

询问当时的操作，进行了凝泵变频器的升频。

至就地测量发现轴封处和轴封回汽管道温度明显降低。

经分析，因轴封进汽管道穿入低压缸，低压排汽缸喷水增大影响到了这部分轴封进汽管道，使其温度迅速降低，导致低压缸轴封实际进汽温度偏低。

将低压缸轴封进汽温度提高到220℃左右，振动有所改善但不稳定。

停机后，对穿过低压缸的轴封进汽管道加装保护套管后正常。

5.2 注意分析不平衡与不对中等振动的关系。

不平衡振动与不对中等振动有着显著的区别，但也有着千丝万缕的联系。

一些理论认为不平衡振动以基频为主，而不对中振动2倍频较大。

但在现场诊断诊断中，我们发现大部分不严重的不对中故障，振动仍是以基频为主，特别是角度不对中时。

我们不能发现振动以基频为主就排除不对中，一味怀疑是不平衡。

另外，各种振动经常是同时发生的。

在现场诊断振动时，必须将各种知识有机结合起来，这样才能找到问题的真正根源。

6 结论振动是一种比较复杂的故障形式，不平衡振动则是振动故障中最主要的表现形式。

科学诊断需要不断总结现场经验和学习振动理论知识。

突然爬升的不平衡振动往往与操作有关，不平衡振动有着显著的频谱特征，与各主要运行参数的变化规律也比较独特。

将这几方面知识有机结合、灵活应用，可以尽快找出故障的确切原因，提出正确的根治措施。

参考文献：[1] 杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[m]. 北京：中国电力出版社，2007[2] 寇胜利.发电机组的振动及现场平衡[m].北京：中国电力出版。