汽轮机振动常见原因及消除对策浅谈

2022-10-11

汽轮机装配零件多、结构复杂、运转速度高, 在生产运行时产生振动的情况是复杂的, 引起振动的原因也是各种各样的, 振动的处理方法也是多种形式, 现从3方面因素浅述汽轮机振动的原因及其消除对策。

1 转子质量不平衡及转子弯曲引起的振动

在汽轮机中, 由于转子质量不平衡而引起的振动约占70%左右。这类振动一般只需要对转子找好平衡就可以解决。而一个弯曲的转子在旋转时产生的不平衡离心力引起的汽轮机振动, 一般不用动平衡的方法解决, 而需采取措施消除弯曲。

在制造和运行中引起转子质量不平衡的原因如下。

(1) 转子上的装配部件在机械加工时内孔与转动中心不同心, 或部件质量对转动中心不对称。 (2) 转子上的叶片、拉金断落, 或不均匀的磨损;叶片上结有不均匀的盐垢。 (3) 转子锻件在加工及处理过程中有过大的残余变形, 引起转子永久性挠曲。 (4) 在检修时, 如果在转子上进行拆装叶轮和叶片、更换联轴器零件、更换发电机线圈、车削转子轴颈或直轴等工作时, 也可能破坏转子的平衡而引起振动。

绝大多数情况下, 由转子质量的不平衡离心力引起的振动, 其振幅同不平衡质量成正比, 振动频率等于转子的旋转频率, 波形为正弦波, 振幅及相位始终保持常数而与机组负荷工况无关。

汽轮机由于转子弯曲引起的振动, 视弯曲变形的原因不同, 振动的表现特点也不同。 (1) 由转子产生永久弯曲引起的振动, 其特点跟质量不平衡时的振动情况相同。这种振动在通过临界转速时振动幅值特别明显地增大。 (2) 汽轮机在启动、停机过程中, 由于加热或冷却不均匀引起的弹性热弯曲, 也会引起振动。这时可停机重新启动或降低转速, 延长暖机时间, 待转子温度均匀后热弯曲消除, 即可消除振动。但是在汽轮机启动或运行中发生动静部分摩擦时, 也可能引起振动。这时如果只是轻微的摩擦, 则振动是暂时的, 其振幅也不显著。如果摩擦力很大, 将是轴发生局部过热弯曲, 破坏转子的平衡, 进一步导致摩擦增大, 形成恶性循环, 振动振幅迅速增大, 并能听到金属摩擦声音, 振动波形较紊乱, 这时应迅速停机, 否则由于局部过热可能造成转子的永久性弯曲。 (3) 用有缺陷的材料来锻造转子, 具有热不稳定性。这种转子随着被加热而出现弹性热挠曲变形。因此由于热不稳定性引起的汽轮机振动, 其振幅跟负荷成正比, 振幅变化在时间上较负荷变化滞后1~3小时。滞后时间的长短取决于转子结构、重量和蒸汽参数。 (4) 转子装配时, 可能由于叶轮跟轴的配合不良、键在键槽中歪斜等原因产生挠曲变形, 引起汽轮机振动, 这种振动常常因多次启动, 致使配合削弱, 其振幅和相位也随之变化。

如果是由于在装配过程中, 轮毂端面彼此不平行或轴向间隙不足, 在运行中因膨胀而使叶轮接触、使轴产生挠曲变形, 这样引起的振动。其振幅随负荷增加而增大但在时间上比负荷变化稍滞后一些。这种振动仅在负荷增加时出现, 当运行一段时间轴的温度相应提高后, 因轴也受热膨胀振动即可减轻或消失。

当叶轮、轴套等零件在轴上紧力不足在带负荷加热后, 其配合减弱而引起振动振动值随负荷增加而增大。振幅和相位变化跟转子套装件轴向间隙不足的情况类似。如在加热前, 轴与套装件已出现间隙时, 振动跟工况关系不大。

2 由于中心不正引起的振动

由于汽轮机与发电机两个转子之间联轴器中心偏差过大或联轴器有缺陷而引起的振动。其波形呈正弦形, 振动频率等于转子的转速, 跟机组工况无关。但由于转子柔度和轴承油膜的弹性影响, 只有靠近有缺陷联轴器的轴承才出现明显的振动。联轴器中心错位时相邻两轴承的振动相位相反, 联轴器中心张口时两者接近同相位。

对于用挠性联轴器连接的转子, 当联轴器有缺陷不能对中心自动调整时, 仍然可能产生由于中心不正引起的振动;当联轴器耦合元件之间正常啮合被破坏, 从而导致传递扭矩在联轴器圆周上作不均匀分布时, 也能使机组发生振动。振动一般只传递到同联轴器相邻的两个轴承上, 在所连接的两个转子重量相差不多时, 这两个轴承在同转子轴线垂直的平面内作相位相反的振动。

转子轴线中心不同心, 也可引起机组的振动增加。造成二转子轴线不同心的原因, 除找中心的质量不佳外, 还可能起因于汽缸热膨胀受到阻碍 (如滑销系统卡涩) , 蒸汽管道热膨胀补偿不够或膨胀受阻。当轴承座与排汽缸成为一体时, 排汽口在真空压差作用下出现下沉。这就引起两个转子中心的偏斜, 对于具有对中止口的钢性联轴器, 由于转子中心不正, 可能使轴承载荷产生重新分配。而某一轴承的负荷减少时, 此轴承由于油膜的动力不稳定性而激发起汽轮机的低频自激振荡。对于采用挠性联轴器的转子, 两轴线的不同心现象将使联轴器磨损加速, 表面摩檫系数增大而出现卡涩, 使挠性联轴器无法起补偿调节作用, 导致振动的加剧。