汽轮机异常振动故障诊断及处理方法探析

　　一、振动实例
　　1、汽轮机出现的问题。某公司2号汽轮发电机组（简称#2机）为200MW三缸两排汽采暖、凝汽两用式机组；该机组轴系较长，由高压转子、中压转子、低压转子、发电机转子和励磁机转子组成，各转子之间为刚性靠背轮联接，共有12个支持轴承及1个推力轴承。
　　2、振动特征。在机组不停机的情况下，对#2机振动进行了测试，其间多次测到振动增大的过程，发现#2机振动呈现如下特征：（1）异常振动主要表现在#1、#2瓦轴振，它们分别可增大到160微米和240微米，#1瓦瓦振可达32微米，偏心测点振动较大大于450微米。（2）通频振幅增大的主要成分是1倍频分量，即工频，占通频振幅的85%以上；通频振幅增大时，测点1X、1Y、2Y的2倍频、3倍频振幅同时也有增加；（3）振幅增大的同时，#1、#2瓦轴振相位有明显增加，较大变化量到500；因测试没有安装键相传感器，只好利用3X和4X作为基准比较得到的相位变化结果。（4）测振表明，各次振动增大的过程可以分为两个阶段，**阶段，1X、2X振幅缓慢增加，1Y、2Y振幅以及各测点间隙电压基本保持不变，持续约一小时左右后，进入*二阶段，偏心读数大于50微米，各测点振幅明显增大，同时，#2瓦、#1瓦轴颈向上偏南（右）移动，这时开始调整负荷，持续数近1小时，振幅达到较高值后，开始缓慢下降，振幅下降恢复需要的时间约2小时，大于增大的时间。
　　二、引起汽轮机振动的原因分析
　　1、排除汽流激振。虽然在过去的处理过程中有单位将#2机的振动定性为汽流激振，但现已经确切排除汽流激振的可能。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；这两点#2机均不具备。在测振中只测到了很低的27～28Hz的分量，有单位称在#2机上测到量值为工频振幅四分之一的28Hz分量，并以此判断为汽流激振。根据现场经验，至少应该接近或等于一倍振幅。汽流激振的低频振幅和工频振幅量值相当。
　　2、排除转子热变形等。造成在高负荷工况下汽轮机转子以一倍频振幅为主缓慢增大通常还有两个原因――转子热变形和中心孔进油。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。#2机在正常带负荷运行中振动增大，整个转子和缸体的温度场已经均匀，如果存在内应力，应在这之前早已释放。
　　3、摩擦振动的故障特征和机理。（1）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**”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。（2）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**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。
　　三、振动的处理
　　1、振动性质诊断的结论。根据上述特征，现对#2机组#1、#2瓦振动故障确定为高压通流部分动静碰磨，径向碰磨的可能性大于轴向碰磨，#2瓦轴承箱或前箱内存在碰磨的可能性不大。这个结论的依据主要是：（1）振动增大的成分是一倍频；（2）振幅增加的同时，相位增加；振幅减小，相位也随之减小；（3）振动增大和减小的速率缓慢，与转子热弯曲的振动特征类似；（4）一倍频振幅增大的同时，三倍频和三倍频分量有少量的增大；（5）低频振幅小且变化不明显；（6）在多次发生轻微碰磨，运行一段时间后振动已经自行消失。
　　2、处理意见。尽管#2机振动已经消失，但为慎重起见，对碰磨为#2机振动主要原因的可能性从检修和运行角度做深入地讨论分析，进一步研究分析引起碰磨的原因。建议从以下几点考虑：高缸运行中位移的可能、隔板变形或位移的可能、通流间隙南侧偏小的原因、高外缸、内缸滑销系统定位不准的可能性。
　　关于处理方法，可以不考虑安排实施提高轴系稳定性的任何措施，如改瓦，调对中、标高等；不考虑实施消除汽流激振的措施。消除碰磨的工作，主要限于高压缸，如果从缸外部处理，通常是调整轴承标高或抬高缸体，改变缸内通流间隙，消除碰磨点。如果高缸还存在水平位移，则需要查找位移原因，有目标地采取措施。如果认定振动原因是碰磨而又无法肯定碰磨的原因，一个不得已而为之的办法就是根据检查的碰磨具体部位，放大动静间隙。
　　一般机组，碰磨可能发生在轴端汽封、隔板汽封、叶**汽封；多数是径向碰、也可能是轴向碰。通常情况，引起碰磨的原因很多，较常见的原因有间隙过小、缸胀不畅等。结合振动测试特征、相关运行参数以及#2机检修记录，分析发现，#2机振动增大与高缸、中缸胀差、膨胀无直接关系；与主蒸汽参数无关；与#1抽压力无关；与油温关系不大。并且可以初步排除碰磨原因来自缸胀不畅和滑销系统存在缺陷造成缸变形引发碰磨的可能；排除调门开启次序不妥造成碰磨的可能；排除转子热弯曲引起的间隙消失导致碰磨。根据同类机组运行经验，由于动静碰磨而引起的汽轮机非稳定性振动，碰磨点不需要很大，只要有局部范围的动静接触，就可以引起机组足够大的振动，从#2机实际振动增大的幅度和速率看，碰磨并不严重，动静接触范围应该不大，特别是2号机轴系振动出现历史较大值以后，机组振动便一直处于优良状况运行，且未出现任何不稳定趋势。这样，因动静碰磨而引起的汽轮机非稳定性振动运行中自行消失后，揭缸检查也很难以寻找到磨痕。