陳祥
（中國能源建設集團安徽電力建設工程公司，230088）

　　摘　要：機組振動值超過一定限度後，在（zài）短時間或經一段時間運行後（hòu），對機組部件（jiàn）將形成損傷或損壞，嚴（yán）重時形（xíng）成（chéng）事故。

　　關鍵字：汽輪機；軸係；震動；原因分析
　　引言：
　　在汽輪發（fā）電機組上因振動過大形成的事故有，轉軸徑向碰（pèng）磨引起彎軸和軸封嚴重磨損，軸係破（pò）壞毀（huǐ）機，軸瓦烏金（jīn）碾壓和碎裂，軸瓦緊力消失（shī），轉動部件不（bú）均（jun1）勻磨損，動靜件疲勞（láo）損壞，危急保安器及保護（hù）儀表誤動作（zuò）等事（shì）故，本文對汽輪機軸係震動故障進行了分析。
　　一、轉子（zǐ）質量不平衡引起（qǐ）的軸係破壞（huài）
　　根據機組大量運行經驗（yàn）、振動故障診（zhěn）斷實踐（jiàn），國內外軸係破壞事故調查結果歸納，轉子質量不平衡是汽輪發電（diàn）機組Z常見的（de）振動故障，它（tā）約占故障總數的80%。隨著（zhe）製造廠（chǎng）加工，裝配（pèi）精度以（yǐ）及電廠檢修質量的提高，這類故（gù）障的發生（shēng）率正在逐漸減少，過去國內大型（xíng）汽輪機廠中（zhōng）隻有個別廠家可以對大型汽輪機轉子進行高速動平衡，現在幾乎全部廠家都可以做。至於（yú）發電機轉子（zǐ）的高速平衡，各電機廠早已能夠進行。現場檢修過程中的轉子平（píng）衡（héng）方法也在不斷改進。低速動平衡有些電廠已經拋（pāo）棄了老式的動平（píng）衡機（jī），取而代之是使用（yòng）先進的移動式動平（píng）衡機。即便如（rú）此質（zhì）量不平衡（héng）目前（qián）仍（réng）是現場振（zhèn）動（dòng）的主要故障（zhàng）。
　　（一）轉子質量不平衡的（de）特征（zhēng）
　　汽輪發電機組轉子（zǐ）的質量（liàng）不平衡產生的原因有三個：原始不平衡、轉動過程中的（de）部件（jiàn）飛脫、鬆動以及轉子的熱彎曲，其中原始不平衡是主要原因。
　　1.原始質量不平衡
　　原始質量（liàng）不平衡指的（de）是轉子開始轉動之前（qián）在轉（zhuǎn）子上（shàng）已經有的不平衡。它通常是在加工製造過程中產生的，或是（shì）在檢修時（shí）更換轉動部件造成的。這種不平衡的（de）特點除了上麵（miàn）介（jiè）紹的振幅和相位的常規特征外（wài），它的Z顯著特征是（shì）“穩定”，這個穩定是指（zhǐ）在一定的轉速下振動特征穩定，振幅和（hé）相位受機組參數影響不（bú）大，與升速或帶負荷的時間延續沒有直（zhí）接（jiē）的關聯，也不受啟動方式的影響。
　　2.轉動部件飛脫（tuō）和鬆動
　　汽輪發電機組振動發生轉（zhuǎn）動部件飛脫可（kě）能（néng）有葉片、圍帶、拉（lā）金以及平衡質量（liàng）塊；發生鬆動的部件可能有轉子線圈、槽楔（xiē）、聯軸器（qì）等。飛脫時產生的工頻振動是突發性的，在數秒內以某一瓦振或軸振為主，振（zhèn）幅迅速增大到一個固定（dìng）值，相（xiàng）位（wèi）也同時出現一個固（gù）定的變化。相鄰軸承振動也會增（zēng）大，但變化的量值不及前者大。這種故障一般發生在機組帶有某一負荷的情況。轉動部件損壞飛（fēi）脫，對轉子將產生不平衡力衝擊，激起瞬態響應，待瞬態響應消（xiāo）失後，有可能還會產（chǎn）生穩（wěn）定的不平衡振動。穩定的（de）不平衡振動能否產生，是由飛脫（tuō）部件結構決定的。部件的碎（suì）裂飛脫，一般隻激起瞬態響應，不會產生穩態的（de）不平衡振動。
　　3.轉子（zǐ）熱彎曲
　　轉子熱彎曲（qǔ）引起的質量不平衡的主要特（tè）征（zhēng）是工頻振動隨時間的（de）變化，隨機組參數的（de）提高和高（gāo）參數下（xià）運行時間的延續，工頻振幅逐漸增大，相（xiàng）位也隨之緩慢變化，一定（dìng）時間內這種變化趨緩，基本保持（chí）不變。存在熱彎曲的轉子（zǐ）降（jiàng）速過（guò）程的振幅，尤其是過臨界轉速時的振幅，要比轉子溫度低啟機升速是的振幅大。兩種情況下的波特圖可以用來判斷是否（fǒu）存在熱彎（wān）曲（qǔ）。
　　新機轉子的熱彎曲一般來自材質熱（rè）應力。這種（zhǒng）熱彎曲是固有（yǒu）的，可重複的，因而可用平衡的方法處理。有時運行原因也會（huì）導致熱彎曲，如汽缸進水、進冷空氣、動靜摩擦等。隻（zhī）要（yào）沒有使轉子發生永久朔性變行（háng），這類熱彎曲都是可以恢複的，引（yǐn）起熱彎（wān）曲的根源消除後（hòu），工頻振動大的現象也會（huì）隨之自行消失。
　　二（èr）、動靜摩擦
　　汽輪發電機（jī）組轉動部件與（yǔ）靜止部件（jiàn）的碰摩是運行中常見故障（zhàng）。隨著現代機向著高性能（néng）、高效率發展、動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。碰摩使轉子產生非常複雜的振動（dòng），是轉子係統發生失穩的一個重要原因輕者使得機組（zǔ）出現強烈振動，嚴重的可以造成轉軸永久彎曲，甚至整個軸係毀（huǐ）壞。因此對汽輪發電機組碰摩的診斷（duàn）和預（yù）報無疑會有（yǒu）效（xiào）地提高運行的安全性，防止重大事故發生。
　　機組動靜碰摩通常（cháng）有下列起因：轉軸（zhóu）振動過大。引起轉子臨界轉速下轉軸振動過大的原因：一、轉子存在穩定（dìng）的一階不平衡。轉子原（yuán）來不平（píng）衡較大，或存在（zài）彎（wān）曲，機組每次啟（qǐ）停，在臨界（jiè）轉速下都會產生顯著振（zhèn）動，這種不平衡（héng）量值和方向（xiàng）雖是（shì）穩定的，但當（dāng）軸封間隙較小時，會引起轉軸徑（jìng）向碰磨，而使轉子一階不（bú）平衡顯（xiǎn）著（zhe）增大。二、轉子殘留熱彎曲。機組啟動前和（hé）運行中轉子都可能產生明顯的熱彎曲，前（qián）者啟動中發生較大振動，後者在帶負荷和停機過程中發生較大振動，兩（liǎng）者都會使轉軸產生碰磨而形成彎軸。轉子殘留熱彎曲啟動，一（yī）方麵使轉子產生顯著的一階不平衡，另一方麵使（shǐ）轉子中部（bù）晃擺值增大，在正常的軸封間隙下，也會使轉軸發生碰磨，當轉速接近臨界轉速時，因共振放大和碰磨重點與熱（rè）彎（wān）曲高（gāo）點相同，可使轉子中部（bù）撓曲迅速（sù）擴大，使轉軸碰磨很（hěn）快進入晚期（qī）。
　　機組動靜碰（pèng）摩的診斷方法
　　機組動靜碰摩的現場診斷是一項難度比較大的技術。因為如果（guǒ）認為發生了（le）碰摩，常常需要開缸處理，工（gōng）作量較大，這就要求診（zhěn）斷（duàn）的高準確性（xìng）。現有的診斷（duàn）方（fāng）法主要還是根據振（zhèn）幅、頻譜和軸心軌跡。碰摩的確定，還需要了解機組安裝（zhuāng）或大修中的情況，查閱有關的（de）間隙記錄。這些在診斷過程可以有機的結合起來，提高診斷的準確（què）性。但要注意，由於高中壓（yā）缸（gāng）都（dōu）是雙層缸（gāng），有的機組低壓缸也（yě）是雙（shuāng）層缸，通流部分的碰摩很（hěn）難傳出來，隻有軸端汽封的碰摩聲比較容易聽到。因而，不能片麵地將某一種方法的結（jié）論作為是否發生碰摩（mó）的決定性判據（jù）。
　　三、汽流（liú）激振
　　汽流激振通常發生在高參（cān）數機（jī）組的高壓轉子上，特別是（shì）超臨界機組（zǔ），都出現過高壓轉子軸振過（guò）大現象。（1）渦動震蕩自激振（zhèn）動的進動方向是向前的，軌跡是圓或近似圓（yuán）形。（2）振蕩是隨（suí）振幅逐漸接近偏心率，自激振動的頻率接近轉子橫向（xiàng）的固有頻率。
　　汽（qì）流激振的治理：（1）增大軸頸（jǐng）在軸承中的偏心率；（2）增（zēng）大油膜的徑向剛度；（3）改變潤滑油溫；（4）增加轉子的剛度。
　　四（sì）、聯軸器不對中
　　聯軸（zhóu）器不對中不對中是汽（qì）輪發電機組振動常見故障。
　　關於機組軸線的（de）幾何形狀有兩（liǎng）個定義，一個（gè）是軸（zhóu）承的對中，它是指軸承內孔幾何中心在橫截麵的（de）垂直和水平方向上與轉子軸頸（jǐng）中心預定位置的重合程度。另一（yī）個是聯軸器的對（duì）中，也就是軸係轉子（zǐ）個軸線的對中。聯軸器不對中是（shì）指相鄰兩根轉軸軸線不（bú）在同（tóng）一直線（xiàn）上；或不是一根（gēn）光滑的曲線，在聯軸器部（bù）位存（cún）在拐點或階躍（yuè）點（diǎn）。設計階段，根據選（xuǎn）用的軸（zhóu）承，轉子的質量，軸承標高的熱變化量等確定各軸承的負荷分配，再計算確定各個（gè）軸頸（jǐng）中心在軸承中的偏心角和偏心率，即軸頸（jǐng）靜態位置。然後根（gēn）據轉子的重力撓（náo）度曲線（xiàn）確定各軸承的揚度，供安裝時使用，同時各（gè）軸承（chéng）的（de）靜態負荷也隨之確定。機組安裝時依照這些值對各軸承座和缸體進行找正（zhèng）找平，使各個軸承的靜（jìng）態負（fù）荷達（dá）到（dào）預定值，同時也自然保證了（le）軸頸（jǐng）中心在軸承中的位置與原定的一致。
　　五、轉子中心孔進油
　　汽輪機轉子中心孔進油在現場時有發生。造成進油的原因有兩種可能，一是中心（xīn）孔探傷後油沒（méi）有及（jí）時清理幹淨，殘存在孔內（nèi）；二是大軸端部堵頭（tóu）不嚴，運轉起來後（hòu）由於孔內外壓差使的潤滑油被逐（zhú）漸吸入（rù）孔內。中心孔有油後會使轉軸出現震（zhèn）動問題，它造成的震動在機理上有數種不同的說法。一種說法（fǎ）認為，轉動時孔內液體轉速比轉軸低（dī），這樣液體會產生（shēng）一個比轉動頻率低（dī），但是頻率接近轉速的次同步激振力，這個激振力和工作轉速合成（chéng）後可以（yǐ）產生拍振或和差振動。另一種說法認為（wéi），當轉（zhuǎn）子加熱到（dào）一定溫度（dù）時（shí），黏附在中心孔（kǒng）壁上的潤滑油發生（shēng）熱交換，使轉子（zǐ）產生不對稱溫差，轉子內壁局部被加熱或冷卻進（jìn）而發生熱彎曲（qǔ），所產生的不平衡質量引起振動增大。
　　參考文獻：
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來源：《商品與質量》2015年7期