淺談汽輪發電機組異常振動的分析思路與方法

　　汽輪機的異常振動是機組安全穩定運行的重要隱患之一，如不能及時采取有效措施排除故障，必將造成設備損壞等故障。故筆者結合多年現場運行經驗，詳細介紹了機組異常振動工況分析應采取的分析思路與分析方法。

　　《汽輪機技術》為專業技術性刊物。內容涉及汽輪機的實驗研究、加工工藝、材料應用、安裝調試、維護運行、設備改造等方面。讀者對象為發電設備科研及工程技術人員、相關專業大專院校師生等，也可供力學、材料、能源等專業科研人員參考。

　　1、引言

　　汽輪機是將蒸汽的熱能轉變成機械能的回轉式原動機，是火力及原子能發電廠的主要設備之一，主要用于拖動發電機發電。隨著汽輪機組進汽參數的不斷提高和容量的增大，汽輪發電機組軸系愈來愈長，軸系的支承和汽缸膨脹系統也更加復雜，軸系的平衡狀態、機組的熱膨脹和熱變形等每一個環節出現問題，都會導致機組產生異常振動，以致造成設備損壞，從而使大型機組更加增大了振動的復雜性和危險性。

　　在運行中一旦發現機組出現異常振動，就要求運行人員盡早發現、正確判斷并及時處理，將事故損失縮小到最低限度。如果運行人員不能及時發現或判斷錯誤，甚至發生誤操作就會擴大事故，造成設備嚴重損壞，甚至危及人身的安全。為了防止事故的發生和擴大，要求運行人員要有高度的責任心，努力提高運行技術水平，在關鍵時刻，能夠做到正確分析、判斷和處理;在設備存在缺陷時，要做好事故預想，以便于做到有備無患。

　　2、異常振動的分析思路

　　機組的強烈振動，在較短的時間內將會造成零部件的損壞，構成設備損壞事故。根據國內外有關資料介紹，汽輪發電機組振動過大構成的事故主要有：轉子徑向碰磨引起軸彎曲和軸封、通流部分嚴重磨損，軸系破壞毀機，軸瓦烏金碾壓和碎裂，動靜部件疲勞損壞，危急保安器或其他保護誤動作等。下面僅就機組振動構成的事故分析思路進行簡單的討論。

　　首先要對事故的現象、過程、特征進行分析比較，然后作出判斷，或采取逐個對振動事故的分析，由于事故不能再現，而只能從事故的現象、過程和有關記錄以及運行人員的記憶中進行綜合歸納，去偽存真，結合振動診斷知識和經驗進行推理。

　　其次，要注意分清事故的起因和主導原因。所謂事故起因，是指事故的誘發因素，主導原因是指引起強烈振動造成事故的直接原因。如已往的兩起國產大機組軸系損壞事故，起因是甩負荷超速保護系統故障引起機組超速，主導原因則是接長軸共振、長葉片斷裂或其他轉動部件破裂，引起強烈振動而造成軸系的嚴重損壞。

　　另外，還應注意對事故損壞部件和碎片的收集、保護和檢驗。從破損部件的特征中可以發現和分析問題。如對某斷口形貌的分析，確定斷裂的性質，是脆性斷裂，還是疲勞斷裂，作用力的方向和性質等;結合金屬失效分析，判斷部件的損壞過程，是長期疲勞斷裂，還是突發性的大應力斷裂。對破損部件的檢驗分析結果，通常能為事故分析提供重要的依據。

　　總的來說，振動事故分析主要是尋找證據，抓住主要現象和特征，經過推理，演釋出事故的過程，找出薄弱環節，以便制定預防對策。

　　3、異常振動的具體分析方法

　　當機組運行出現異常振動時，總工程師和有關專責人員要及時地組織運行、檢修和試驗監督等有關人員進行原因分析并制定處理措施。在分析機組振動原因時，通常要注意做到以下幾個方面：

　　3.1 充分利用機組現有的振動資料和有關的設備檔案

　　如機組投產調試過程中有關機組振動測量記錄、大修前后的振動測量記錄、振動處理工作總結報告，以及與振動有關的機組安裝和檢修時的測量數據。包括軸系的對輪中心、轉子的彎曲度、軸瓦間隙、緊力、動葉片和其他轉動零部件的缺陷及缺陷處理記錄等。這樣便于掌握機組振動發展的趨勢和可能發生的設備故障，排除一些與振動無關的因素，把可能造成機組振動的因素縮小到最小范圍。

　　3.2 充分利用現代振動測試儀表的各項功能和測試手段

　　利用先進的振動測試設備，通常可以獲得：軸承和軸頸的振動幅值、烈度、相位、波特圖、軸心軌跡、振動趨勢圖、頻譜圖、振型圓等各項振動參數和分析圖表;裝有振動診斷系統的機組，通過實時振動測量和軟件系統的分析判斷，還可以提供初步的振動原因分析的結果。

　　通過測試手段可以快速有效地分析判斷引起機組振動的各種因素，如通過波特圖(轉速與振幅和相位的關系曲線)可以判斷軸系的平衡情況、平衡的性質以及臨界轉速的分布情況;通過頻譜圖可以判斷干擾力的頻率對輪中心是否存在問題、是否存在動靜摩擦和電氣方面的缺陷;結合軸心軌跡圖還可以判斷是否存在自激振動和自激振動的性質等。

　　3.3 進行有關振動試驗

　　針對機組的某些振動特征，進行有關的振動試驗，以便對初步作出的判斷進行驗證。如機組的振動和負荷變化有關時，可以進行負荷變化(勵磁電流保持不變)和勵磁電流變化(負荷保持不變)試驗，以便判斷是機械還是電氣方面的原因。又如機組出現1/2倍工頻不穩定的振動時，可以進行潤滑油溫變化試驗和負荷變化試驗，以便分析判斷是否存在蒸汽自激振動或其他原因引起的半速渦動。

　　通過上述幾個方面的工作，對于機組異常振動的原因通常是能夠查明的。鑒于汽輪發電機組振動的復雜性、多變性和隨機性，有時還存在一些偶然性，個別機組的振動原因往往需要較長時間的觀察、試驗，反復地分析研究才能最終得到解決。

　　4、結語

　　汽輪發電機組異常振動異常的原因有很多，具有一定的復雜性、多變性和隨機性，在分析過程中除了掌握正確的分析思路與分析方法，往往還需要借助于相關的經驗進行判斷，因此，汽機專業技術人員必須定期參加相關的專業培訓，并在實際運維過程中，不斷總結分析振動產生的原因，逐步提高專業技能水平，以便在機組異常振動時作出準確判斷，及時消除故障。

　　參考文獻：

　　[1] 曹峰.《汽輪機振動故障診斷技術探討及應用》.電力職業技術學刊, 2009

　　[2] 朱永順,孫之斌.《汽輪機振動故障的原因分析與處理》.設備管理與維修, 2009

　　[3] 吳秀峰,周劍峰.《論汽輪機異常振動的分析與排除》.黑龍江科技信息, 2009

　　[4] 趙珣.《汽輪機振動大的原因分析及其解決方法》.中國高新技術企業, 2009

　　[5] 張志勇.《汽輪機振動原因分析與診斷》.中國電力教育, 2009

　　[6] 繆明華.《汽輪發電機組突發性振動分析與故障診斷》.安徽工業大學學報(自然科學版), 2004