浅谈汽轮发电机组异常振动的分析思路与方法

　　汽轮机的异常振动是机组安全稳定运行的重要隐患之一，如不能及时采取有效措施排除故障，必将造成设备损坏等故障。故笔者结合多年现场运行经验，详细介绍了机组异常振动工况分析应采取的分析思路与分析方法。

　　《汽轮机技术》为专业技术性刊物。内容涉及汽轮机的实验研究、加工工艺、材料应用、安装调试、维护运行、设备改造等方面。读者对象为发电设备科研及工程技术人员、相关专业大专院校师生等，也可供力学、材料、能源等专业科研人员参考。

　　1、引言

　　汽轮机是将蒸汽的热能转变成机械能的回转式原动机，是火力及原子能发电厂的主要设备之一，主要用于拖动发电机发电。随着汽轮机组进汽参数的不断提高和容量的增大，汽轮发电机组轴系愈来愈长，轴系的支承和汽缸膨胀系统也更加复杂，轴系的平衡状态、机组的热膨胀和热变形等每一个环节出现问题，都会导致机组产生异常振动，以致造成设备损坏，从而使大型机组更加增大了振动的复杂性和危险性。

　　在运行中一旦发现机组出现异常振动，就要求运行人员尽早发现、正确判断并及时处理，将事故损失缩小到最低限度。如果运行人员不能及时发现或判断错误，甚至发生误操作就会扩大事故，造成设备严重损坏，甚至危及人身的安全。为了防止事故的发生和扩大，要求运行人员要有高度的责任心，努力提高运行技术水平，在关键时刻，能够做到正确分析、判断和处理;在设备存在缺陷时，要做好事故预想，以便于做到有备无患。

　　2、异常振动的分析思路

　　机组的强烈振动，在较短的时间内将会造成零部件的损坏，构成设备损坏事故。根据国内外有关资料介绍，汽轮发电机组振动过大构成的事故主要有：转子径向碰磨引起轴弯曲和轴封、通流部分严重磨损，轴系破坏毁机，轴瓦乌金碾压和碎裂，动静部件疲劳损坏，危急保安器或其他保护误动作等。下面仅就机组振动构成的事故分析思路进行简单的讨论。

　　首先要对事故的现象、过程、特征进行分析比较，然后作出判断，或采取逐个对振动事故的分析，由于事故不能再现，而只能从事故的现象、过程和有关记录以及运行人员的记忆中进行综合归纳，去伪存真，结合振动诊断知识和经验进行推理。

　　其次，要注意分清事故的起因和主导原因。所谓事故起因，是指事故的诱发因素，主导原因是指引起强烈振动造成事故的直接原因。如已往的两起国产大机组轴系损坏事故，起因是甩负荷超速保护系统故障引起机组超速，主导原因则是接长轴共振、长叶片断裂或其他转动部件破裂，引起强烈振动而造成轴系的严重损坏。

　　另外，还应注意对事故损坏部件和碎片的收集、保护和检验。从破损部件的特征中可以发现和分析问题。如对某断口形貌的分析，确定断裂的性质，是脆性断裂，还是疲劳断裂，作用力的方向和性质等;结合金属失效分析，判断部件的损坏过程，是长期疲劳断裂，还是突发性的大应力断裂。对破损部件的检验分析结果，通常能为事故分析提供重要的依据。

　　总的来说，振动事故分析主要是寻找证据，抓住主要现象和特征，经过推理，演释出事故的过程，找出薄弱环节，以便制定预防对策。

　　3、异常振动的具体分析方法

　　当机组运行出现异常振动时，总工程师和有关专责人员要及时地组织运行、检修和试验监督等有关人员进行原因分析并制定处理措施。在分析机组振动原因时，通常要注意做到以下几个方面：

　　3.1 充分利用机组现有的振动资料和有关的设备档案

　　如机组投产调试过程中有关机组振动测量记录、大修前后的振动测量记录、振动处理工作总结报告，以及与振动有关的机组安装和检修时的测量数据。包括轴系的对轮中心、转子的弯曲度、轴瓦间隙、紧力、动叶片和其他转动零部件的缺陷及缺陷处理记录等。这样便于掌握机组振动发展的趋势和可能发生的设备故障，排除一些与振动无关的因素，把可能造成机组振动的因素缩小到最小范围。

　　3.2 充分利用现代振动测试仪表的各项功能和测试手段

　　利用先进的振动测试设备，通常可以获得：轴承和轴颈的振动幅值、烈度、相位、波特图、轴心轨迹、振动趋势图、频谱图、振型圆等各项振动参数和分析图表;装有振动诊断系统的机组，通过实时振动测量和软件系统的分析判断，还可以提供初步的振动原因分析的结果。

　　通过测试手段可以快速有效地分析判断引起机组振动的各种因素，如通过波特图(转速与振幅和相位的关系曲线)可以判断轴系的平衡情况、平衡的性质以及临界转速的分布情况;通过频谱图可以判断干扰力的频率对轮中心是否存在问题、是否存在动静摩擦和电气方面的缺陷;结合轴心轨迹图还可以判断是否存在自激振动和自激振动的性质等。

　　3.3 进行有关振动试验

　　针对机组的某些振动特征，进行有关的振动试验，以便对初步作出的判断进行验证。如机组的振动和负荷变化有关时，可以进行负荷变化(励磁电流保持不变)和励磁电流变化(负荷保持不变)试验，以便判断是机械还是电气方面的原因。又如机组出现1/2倍工频不稳定的振动时，可以进行润滑油温变化试验和负荷变化试验，以便分析判断是否存在蒸汽自激振动或其他原因引起的半速涡动。

　　通过上述几个方面的工作，对于机组异常振动的原因通常是能够查明的。鉴于汽轮发电机组振动的复杂性、多变性和随机性，有时还存在一些偶然性，个别机组的振动原因往往需要较长时间的观察、试验，反复地分析研究才能最终得到解决。

　　4、结语

　　汽轮发电机组异常振动异常的原因有很多，具有一定的复杂性、多变性和随机性，在分析过程中除了掌握正确的分析思路与分析方法，往往还需要借助于相关的经验进行判断，因此，汽机专业技术人员必须定期参加相关的专业培训，并在实际运维过程中，不断总结分析振动产生的原因，逐步提高专业技能水平，以便在机组异常振动时作出准确判断，及时消除故障。

　　参考文献：

　　[1] 曹峰.《汽轮机振动故障诊断技术探讨及应用》.电力职业技术学刊, 2009

　　[2] 朱永顺,孙之斌.《汽轮机振动故障的原因分析与处理》.设备管理与维修, 2009

　　[3] 吴秀峰,周剑峰.《论汽轮机异常振动的分析与排除》.黑龙江科技信息, 2009

　　[4] 赵珣.《汽轮机振动大的原因分析及其解决方法》.中国高新技术企业, 2009

　　[5] 张志勇.《汽轮机振动原因分析与诊断》.中国电力教育, 2009

　　[6] 缪明华.《汽轮发电机组突发性振动分析与故障诊断》.安徽工业大学学报(自然科学版), 2004