汽轮机组振动专题介绍

1.常用振动测量参数

常见的振动测量参数有振幅、振动速度（转速）、振动加速度，对应的单位有：mm、mm/s、mm/s²。

振幅是一种表示方法，定义为波或振动中相对于平衡位置或静态位置的最大位移。振幅在数值上等于最大位移的大小。振幅是一个标量，以米或厘米为单位表示。它描述了物体振动幅度的大小和振动的强度。系统振动中的最大动态位移称为振幅。下图中，位移y表示波的振幅。振动速度反映振动能量的大小，而振动加速度表征转子激振力的大小。

λ=波长，y=振幅

2.位移、速度、加速度的区别

位移、速度、加速度都是振动测量参数。从概念上讲，位移测量直接反映轴承/固定螺栓和其他固定件的受力情况。例如，通过分析蒸汽轮机上滑动轴承的位移，可以知道轴承内部轴的位置和摩擦力。速度反映轴承和其他相关结构上的疲劳应力。这是旋转设备发生故障的重要原因。加速度反映设备内部各种力的综合作用。

从表现形式上看，三者都是正弦曲线，相位差分别为90度和180度。在现场应用中，对于低速设备（转速小于1000rpm），位移是最佳的测量方法。对于那些加速度小，位移大的设备，一般采用折中的办法，即转速测量。对于高速或高频设备，有时虽然位移小，转速适中，但加速度可能很高，加速度测量是很重要的手段。

3. 场地选择的一般原则

振动位移：与频率f无关，特别适合低频振动（

振动速度：速度V=Xω，与频率f成正比。通常为推荐值，一般用于中速旋转机械（或中频振动（10~1000Hz））的振动评估。

振动加速度：A=Vω=Xω²kaiyun免费下载，与频率f²成正比，特别适用于高频振动，一般用于高速旋转机械（或高频振动（>1000Hz））的振动评定。

在：

工程上，对于大多数机械，最佳的诊断参数是转速（速度有效值），因为它是反映诊断强度的理想参数，代表了振动的能量，因此国际上许多振动诊断标准都采用速度有效值作为判别参数。相同振幅的设备，可能出现不同的振动状态，因此引入振动速度。加速度是用来表示振动中冲击力大小的峰值。

4.振动速度与位移的换算

其中：Sp-p为振动位移峰峰值，Vf：振动速度，A：振动幅度，f：振动频率，n：转子转速。

当f=50Hz时，振动速度、振动位移对应值如下表：

表1 振动速度与振动位移对应值

5.汽轮机轴承振动标准

（1）附属机械轴承的振动标准

表2 辅机轴承振动标准

（2）机组轴振标准

国产200MW及以下机组，一般以轴承振动测量为标准，如制造厂对轴振动测量无规定kaiyun888注册，可参考下表。

表3 大型汽轮发电机组轴振动参考标准（双振幅，um）

（3）轴承振动标准

表4 轴承振动标准（双振幅，mm）

（4）ISO-3945振动标准

表5 ISO-3945振动标准

（5）IEC振动标准

表6 IEC振动标准（双振幅，um）

6、涡轮机振动造成的危害

汽轮机组结构十分复杂，其振动值的大小将直接影响汽轮机的安全运行。当振动超过一定限度时，轻则造成噪声增大，影响转子及其零部件的使用寿命；重则造成动、静件间发生摩擦，损坏零部件，甚至造成整台机组的破坏，严重影响安全生产和稳定运行。

汽轮机异常振动可能造成的危害及严重后果如下：

1、机组部件连接松动，地脚螺钉松动、断裂；

2、机座（台面）二次浇注松动，基础出现裂纹；

3、涡轮叶片应力过大，疲劳断裂；

4.危机安全装置发生故障；

5、过流部分轴封装置发生摩擦或磨损，严重时会造成主轴弯曲；

6、滑动销磨损。滑动销严重磨损还会影响机组的正常热膨胀，从而进一步引发更严重的事故；7、轴瓦裂纹，紧固螺钉松动、断裂；

8、转子护环松动、磨损，铁心环损坏，电气绝缘磨损，总引起接地或短路；

7、汽轮机振动原因机理分析

1. 设计原因

轴承选择不当，造成轴承工作稳定性差，从而产生油膜振荡，引起汽轮机组振动；结构设计刚度不足，产生不平衡或支撑刚度变化，从而引起振动；随着热负荷的增加云开·全站APP登录入口，各轴承的振动急剧增大，也可能引起汽轮机组振动。以上都是由于设计考虑不当造成的。

（二）制造原因

1、转子不平衡引起振动；2、联轴器加工不准确；3、转子制造缺陷引起振动；4、其他原因。

（三）安装维护原因

1、轴承标高不合理；2、转子中心不正确：1、转子与筒体或定子的同心度；2、轴连接的同心度、直线度；3、轴承标高；3、轴承特性；4、滑动销系统；5、摩擦引起的振动；6、转子结垢；7、转子中心孔。

（四）经营情况

机组的振动除上述因素外，还与机组的运行工况有密切的关系。

1、机组扩大；2、上下缸温差太大；3、真空下降；4、轴封供汽中含水；5、轴承润滑；6、叶片折断。

7.1 转子质量不平衡引起的振动

转子上装配零件在机械加工时，内孔与转子中心不同心，或零件质量相对于回转中心不对称；转子上的叶片及金属不对称折断或磨损；转子锻件在机械加工过程中残余变形过大，造成转子永久性挠曲；在维修时拆装叶轮、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，都可能造成转子质量不平衡。

转子质量不平衡是汽轮机异常振动的主要原因，70%以上的异常振动都是由转子质量不平衡引起的，其特点是幅值与不平衡质量成正比，振动频率等于转子振动频率，波形为正弦波，且幅值和相位始终保持恒定，与负荷无关。

此类振动只要找到良好的平衡点即可解决，发生概率大，解决起来也容易，因此应作为汽轮机组发生振动时首先分析的对象。

7.2 转子弯曲

转子弯曲引起的振动，因弯曲原因不同，其表现特征也不同。当转子产生永久弯曲而引起振动时，其特征与质量不平衡时的振动相同，超过临界转速时振动幅值明显增大。汽轮机启停过程中，加热或冷却不均匀引起的弹性热弯曲也会引起振动。可通过停机再启动或降低转速、延长暖机时间等方法消除振动，待转子温度均匀后，热弯曲即可消除。但当弯曲引起汽轮机动、静件间产生摩擦时，如果摩擦力较大，会进一步破坏转子的平衡，使摩擦增大，形成恶性循环，振动波形紊乱。应迅速停机，否则转子可能因局部过热而产生永久弯曲；转子锻造材料有缺陷，存在热不稳定性，这种转子受热时，会发生弹性热弯曲变形。 热失稳引起的汽轮机振动，其振幅与负荷成正比，振幅变化在时间上滞后负荷变化1～3小时。滞后时间取决于转子结构、质量及蒸汽参数；转子装配时，由于叶轮与轴配合不良，键在键槽内歪斜等原因，转子可能产生弹性变形，引起汽轮机振动。这种振动往往因多次启停而减弱，导致振幅和相位发生变化。

如果转子因温度不均匀或装配问题而弯曲，可通过停机再启动、降低转速、延长预热时间、重新装配等方法恢复，转子可继续使用。如果转子已因各种原因永久弯曲，只有更换转子才能消除振动。因此，应特别注意转子制造时的材料监督、装配时的安装精度以及开停机时的转速控制，避免转子永久弯曲，影响正常生产。

7.3 错位

一种是转子轴线中心不在一条直线上。造成这种问题的原因除了对中质量差外，还可能是汽缸热膨胀的阻碍和蒸汽管道热膨胀补偿不足。对于核电站汽轮机的柔性轴，两轴线不同心会加速联轴器的磨损，增大表面摩擦系数，导致柔性联轴器不能起到补偿和调节的作用。另一种是汽轮机、发电机两转子之间的联轴器中心偏差过大或联轴器有缺陷。对于用柔性联轴器连接的转子，当联轴器有缺陷，不能自动调心时，就可能发生振动。当联轴器部件之间的正常啮合被破坏，导致传递的扭矩在联轴器周围分布不均匀时，也会产生振动。中心不对中的振动特点是波形为正弦波，振动的频率等于转子转速，与机组的运行工况无关。 由于转子挠度和轴承油膜弹性的影响，只有靠近故障联轴器的轴承才会产生明显的振动，相邻两轴的振动相位相反。

解决因中心不对中引起振动的问题，主要靠维护、安装、调试过程中的细致工作，保证汽轮机组的正常运行。

7.4 油膜自激振荡

油膜自激振动是汽轮发电机转子在轴承油膜上高速旋转时，失去动态稳定性的结果，其特点是振动主频率约等于发电机一阶临界转速，且不随转速而变化。

当汽轮机组出现油膜振荡时，应通过缩短轴承长度，即减小长径比，或调整联轴器中心等措施提高轴承压比，保证热状态下各轴承所受载荷均匀分布。

7.5 蒸汽流激励

蒸汽流振动主要有两个特点：一是出现数值较大的低频成分；二是振动受运行参数影响较大，且增大具有突发性。其主要原因是叶片受到不平衡蒸汽流的冲击。对于大型机组，由于末级较长，蒸汽在叶片末端膨胀引起的湍流也可能导致蒸汽流振动。同时，轴封也可能发生气流振动。

针对汽轮机组气流激励的特点，其故障分析应长期记录机组的振动数据，做成一组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变负荷升降率，观察曲线的变化，有目的地改变汽轮机不同负荷时高压调速阀的重叠特性，以消除汽流激励。也就是说，确定产生汽流激励的机组的工作状态，通过降低负荷变化率，避开气流激励的负荷范围，避免汽流激励的发生。

7.6 轴承轴向振动

在汽轮机组振动测量过程中，还发现轴承轴向振动过大的现象。其振动特点是频率与转速相同，轴向振动的幅值与转子偏转程度成正比，各轴承振动相位取决于转子偏转弹性线的形状：在一阶临界转速附近，两轴承轴向振动相位相反；在二阶临界转速附近，两轴承轴向振动相位相同。由于情况特殊，将轴向振动归为振动现象。主要有三方面的原因：一是曲线转子旋转时，轴颈发生偏转，轴颈在轴瓦内的油膜承载中心随转速沿轴向发生周期性变化，从而引起轴承座轴向振动；二是轴瓦力中心与轴承座几何中心不重合；三是轴承座不稳定。 柔性转子旋转时，轴瓦、轴承座将发生相应的偏转，但轴承不能跟随轴颈的偏转而移动，只能形成轴向振动。

前两种振动原因的解决方法在前面的文章中已经提到，这里不再赘述。对于轴承座不稳定引起的振动，及时发现、及时加固，就能解决问题。

8、汽轮机振动防护措施

1. 设计与制造

汽轮机组现场安装前，业主应委托定期的监理公司对整个设计、制造过程进行跟踪监督，尽可能将设计、制造缺陷降低到零。

（二）安装与维护

汽轮机组安装维护过程的控制是降低机组振动最重要的手段，如果每个过程控制不严，就有可能增加引起机组振动的因素。因此，笔者认为，在安装维护过程中采取有效措施控制以下几个环节，可以尽可能地减少影响汽轮机振动的因素。

1.联轴器装配；2.控制轴承轴径等级；3.轴的找正；4.轴承磨削；5.垫圈和滑动销系统的安装；6.确定转子中心的方法；7.控制动、静件间的间隙；8.其他。

（三）运行维护

1. 监督措施

汽轮机应设有轴承振动测量装置和主轴振动测量装置，对机组的振动进行监测，当振动超过允许值时，应发出声光报警信号，提醒运行人员注意，及时采取适当措施，避免发生事故。

2. 保护措施

机组应设有振动保护装置，当振动超过限定值时，发出脉冲信号，驱动保护控制电路，自动关闭主汽阀，实施紧急停机，保护机组安全。

3、汽轮机组运行中振动的处理方法

1、若振动是​​由于机组负荷及参数变化较大而引起的，应尽快稳定机组负荷及参数，并注意汽轮机膨胀差、上下缸温差的变化。

2、检查润滑油温、油压、轴承温度是否正常，若不正常则应调整油温、油压，使其正常。

3.现场聆听被拖机组的内部声音。

4、检查涡轮上下缸温差，若温差大于42℃，则视为涡轮进水。

5、如振动是由拖曳机组引起的，应减少机组载荷，并查明原因。

6、检查差胀、轴向位移和绝对膨胀。

7、当机组振动值超标时，应立即手动跳闸汽轮机，进行紧急停机。

8、机组运行或停机时，应严格按照操作规程进行，发现异常现象应及时处理。

结尾

由 Steam Machine People 编译