汽轮机振动的机理及其危害

一68一一故障诊断石油和化工设备2013年第16卷汽轮机振动的机理及其危害郭宇天津津滨石化设备有限公司化工分公司，天津300271摘要汽轮机在石油化工行业中应用广泛，因结构及控制系统的复杂性，造成汽轮机振动。本文简述了汽轮机的振动机理、振动的危害及原因分析，以便使设备检修更具有针对性，保障汽轮机等生产装置的平稳运行。【关键词石油化工；汽轮机；振动机理；危害性；检修维护汽轮机在石油化工行业中应用广泛，但因其系统的复杂性，产生振动的原因多种多样。凡是在标准范围内的振动，对设备的危害较小；但超出允许值的振动可能引发停机事故，甚至造成设备的损伤。应当通过振动监测进行振动分析，消除对设备振动的影响因素，保障汽轮机平稳安全运行。L振动的基本概念物体在某一平衡位置附近所做的往复运动，称为机械振动。振动的基本参量是振幅、频率周期和相位。11振幅表示物体动态运动或者振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。机械运转状态的好坏绝大多数情况下根据振动幅值的大小进行判断。12频率频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据，频率F是物体每秒钟内振动完成的次数，单位为赫兹HZ】。13相位振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。不同振动源产生的振动信号有各自的相位。相位的测量对于确定转子上的高点、转子的临界转速以及诊断故障和进行动平衡等都是重要的。2汽轮机振动的危害性汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。一般汽轮机组转速及温度都很高，振动过大可能引起严重的后果有1危及遮断器发生误动作；2滑动轴承损坏，轴瓦破裂；3滑销磨损，可能影响机组正常热膨胀；4汽轮机叶片动应力过高而发生疲劳折断；5机组部件松动或脱落击碎机体飞出；6通流部分发生摩擦，严重时可能引起主轴弯曲。3汽轮机振动的原因及分析31生产工艺因素1蒸汽中带水，进汽温度急骤下降，形成水冲击，引起机组强烈振动并伴有沉闷的轰鸣声。2蒸汽品质不良，通流部分结构腐蚀，因转子动平衡受到破坏而引起振动，同时新蒸汽参数偏差过大而末及时调整，使汽轮机部件热膨胀及热应力变化剧烈。3凝汽式汽轮机真空度降低，造成排气温度升高，转子热态对中改变，引起振动，汽轮机后端振动增大明显，振动频率与转速合拍。4汽轮机停机时未正常盘车，开机前又未充分暖机，如在升速时出现异常振动且汽封处发出金属摩擦声，表明转子已发生弯曲。5汽轮机带动的压缩机组，压缩机工艺的调整，使其进入喘振区而引起汽轮机不正常振动。6机组运行转速离实际临界转速太近，机组某部件的固有振动频率等于或低倍于汽轮机运行频率，使部件或汽轮机发生共振。32汽轮机转子不平衡作者简介郭宇1985一，男，河北秦皇岛人，工学学士。助理工程师。从事动设备维护管理工作。第10期郭宇汽轮机振动的机理及其危害一69一转子是汽轮机的重要组成部件，其作用是将蒸汽的动能转化为汽轮机轴的机械能。转子引起不平衡的主要因素有1原始不平衡主要由于制造、装配的误差及材质不均匀等原因造成。投用后就发生较高的振动值。2渐发性不平衡由于叶轮不均匀结垢及转子的不均匀磨损等因素引起。振动会随着时间的延长而逐渐增大。3突发性不平衡因转子的零部件突然脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞等。机组振动会突然增大后稳定在一定水平。转子不平衡故障的主要振动特性是F1振动时域波形近似为正弦波；2频谱图中，转速频率成分具有突出的峰值，并会出现较小的高次谐波，使频谱图呈所谓的“枞树形”；3轴心轨迹为椭圆同步正进动；4当工作转速一定时，相位稳定；5转子在临界转速以下，振幅随着转速的提高而增大，超过临界转速时振幅逐渐减小而趋于稳定值。33汽轮机转子不对中汽轮机组转子之间由于安装误差及转子制造、承载后的变形和温度变化等因素造成对中不良。转子不对中的特性现象1振动的时域波形为一倍频的余弦波和二倍频的余弦波叠加；2径向振动频谱由工频、二倍频及其调制谐波组成，二倍频谐波振幅较大，为特征频率。轴向振动频谱由工频及其谐波组成，工频具有峰值；3轴心轨迹为双环椭圆同步正进动；4相位特性转速一定时，相位稳定；5敏感系数对载荷变化敏感，振动随载荷增加而增大，对环境温度变化敏感；6靠近联轴节的轴承振动较大。34油膜振荡汽轮机转子工作转速在两倍转子第一临界转速以下所发生的轴瓦自激振动，称为半速涡动，这种振动由于没有与转子临界转速发生共振，因而振幅一般不大。转子工作转速高于两倍第一临界转速时所发生的轴瓦自激振动，称为油膜振荡，这时振动频率与转子第一临界转速接近，从而发生共振，所以转子表现为强烈的振荡。油膜振荡的振动特征1振动频率为组合频率，次谐波非常丰富，并且与转子的一阶临界转速相等的频率的振幅接近或超过基频振幅；2工作转速高于第一临界转速的两倍时才发生强烈振动，振荡频率等于转子的第临界转速，并且不随工作转速的变化而变化，只有工作转速低于两倍第一临界转速后，剧烈振动才消失；3发生强烈振动时，振幅突然增加，声音异常；4轴心轨迹为发散的不规则形状，进动方向为正进动；5对轴承润滑油的温度、黏度和压力变化敏感。35动静部分摩擦汽轮机转子动静部分摩擦主要有一是转子在涡动中轴颈或转子外缘与静止件接触而引起的径向摩擦；另外是转子在轴向与静止件接触引起轴向摩擦。动静部分径向摩擦的振动特性F1时域波形图有“消波”现象；2频谱中除工频外，高次谐波很丰富；3振动方向为径向；4轴心轨迹紊乱；5相位特征为反向位移，有突变。36附属系统故障1润滑系统汽轮机润滑油品质不合格或油温超出运行范围，使轴瓦难以形成油膜而引起振动，造成磨损轴瓦磨损。2汽轮机滑销系统故障滑销系统内部结垢和卡塞以及移动支点的定距螺栓安装不对等原因可使汽缸在纵方向上的膨胀受到限制，也可能调节汽阀未全开或只有一侧汽阀打开造成汽缸单方面膨胀而引起振动。3调节系统调节油压不稳，进、回油管1370一故障诊断石油和化工设备2013年第16卷堵塞等都会引起调节系统不稳定，从而引起汽轮机振动。4结论汽轮机具有热效率高，运行平稳可靠，单位功率造价低，转速调节范围广泛等众多优点，是石油化工行业不可或缺的重要设备。振动对汽轮机的危害较大，因此应时刻关注其振动趋势，严防发生不必要的停车甚至事故。本文简单阐述了汽轮机振动的一些现象，在实际运行中，引起汽轮机振动的原因还很多。汽轮机振动超标时，首先应检查汽轮机的运行记录，综合分析波形图、频谱图及轴心轨迹等振动特性，找出可能引发振动的因素，从而使检修工作更具有针对性，缩短停车检修时间，提高检修效率。参考文献1张碧波设备状态监测与故障诊断M】北京化学工业出版社，2005【2李国华，张永忠机械故障诊断【M】匕京化学工业出版社，20053杨国安机械设备故障诊断实用技术M】北京中国石化出版社，2007【4沈英林，张瑞祥汽轮机运行与维护技术问答M】北京化学工业出版社，2009欢迎订阅2014年度压力容器杂志月刊压力容器杂志由经国家新闻出版署批准出版的中央级技术刊物，中国科学技术协会主管、中国机械工程学会压力容器分会主办、合肥通用机械研究院承办，国内外公开发行，国内统一刊号CN341058TH，国际连续出版物编号ISSN10014837。月刊，大16开本，每期定价800元，全年定价9600元含邮寄费。国外发行中国国际图书贸易总公司北京399信箱，国外发行代号1529BM。压力容器杂志是中国压力容器学会会刊，自1984年创刊以来，一直坚持学术性与实用性相结合的办刊方针，是压力容器行业的权威杂志之一。压力容器杂志被评定为“中文核心期刊”，编入中文核心期刊要目总览2008年版；被科技部“中国科技论文统计源”期刊数据库确定为“中国科技核心期刊”等。杂志已加入了国内所有知名期刊数据库。需