汽轮发电机组振动的影响因素分析培训课件

汽轮发电机组振动的影响因素分析培训课件CONTENTS目录01汽轮发电机组振动概述02设计制造环节的影响因素03安装与检修环节的影响因素04运行过程中的影响因素CONTENTS目录05机械部件故障的影响06电磁与系统因素的影响07振动故障案例分析08振动防控与处理措施01汽轮发电机组振动概述振动的定义与分类汽轮机-发电机组振动的定义汽轮机-发电机组振动是发生在汽轮发电机组轴系上的弯曲振动和扭转振动的总称，通常指轴系的弯曲振动，表现为轴系径向周期性运动，2020年由《电力名词》确定为电力行业规范术语。按振动类型的分类汽轮发电机组的振动主要包括机械振动、流体振动和电磁振动等三种类型，其中机械振动是主要的振动类型，涉及转子不平衡、轴系不对中、动静部件碰磨等多种因素。按振动特性的分类根据振动特性可分为自由振动和受迫振动，常见的振动原因包括转子质量不平衡、动静部件碰磨、油膜震荡、汽流激振、轴系不对中、结构共振等，不同原因对应不同的振动频率特征。振幅测量方式振幅测量采用轴振动和轴承振动两种指示方式，国际上对大型机组趋向于测量转轴振动或轴承座振动烈度，中国国家标准以轴承座振动烈度或转轴振动幅值为衡量标准。振幅测量方式与标准

01轴振动测量直接监测转轴径向周期性运动，反映转子实际振动状态，国际大型机组趋向采用该测量方式。

02轴承振动测量通过测量轴承座振动反映机组振动情况，中国国家标准采用轴承座振动烈度或转轴振动幅值作为衡量标准。

03国际标准界定依据国际标准化组织(ISO)标准，以双振幅(峰-峰)值作为振动位移界限值的界定指标。

04国内标准规定中国国家标准明确额定转速3000r/min下的转轴振动位移界限值，同时将轴承座振动烈度作为重要衡量标准之一。振动对机组安全的危害部件连接松动与结构损伤长期异常振动会导致机组各部件连接螺栓松动、焊缝开裂，严重时引发轴承座松动、瓦盖紧力不足等问题，破坏设备结构完整性。转动部件失效风险振动可能使汽轮机叶片根部、拉筋等转动部件因疲劳磨损而松动或脱落，转子不平衡量增大，进一步加剧振动，形成恶性循环。轴瓦损坏与润滑失效过大振动会破坏轴瓦油膜稳定性，导致轴瓦乌金破裂、温度异常升高，甚至发生碾瓦现象，严重影响机组润滑系统功能。机组运行稳定性下降振动超标会导致机组运行平稳性降低，如某案例中振动幅度从0.8mm/s降至0.3mm/s后稳定性显著提升，反之则可能引发跳机事故。安全事故与经济损失极端情况下，振动可能引发转子裂纹、动静部件严重碰磨等重大故障，威胁设备和人员安全，同时造成停机检修的巨大经济损失。02设计制造环节的影响因素转子质量不平衡问题质量不平衡的产生机理

转子质量中心与旋转中心不重合，产生离心激振力，导致振动。额定转速3000r/min下，不平衡量过大会引发异常振动。制造环节的影响因素

机械加工精度不足、装配质量较差，或设计不当可能导致转子不平衡。出厂前需通过低速、额定转速、超速动平衡试验控制不平衡量。运行中的常见诱因

转子热弯曲（如高压转子段受热膨胀不均）、转动部件（叶片、拉筋等）松动或脱落，导致质量径向分布不均，引发振动，频率为工作频率。典型案例与危害

某机组因转子热弯曲引发振动，负荷波动时振幅达0.8mm/s；叶片脱落可导致质量失衡加剧，严重时引发轴瓦乌金破裂等故障。转子加工精度与装配质量机械加工精度不足的影响转子加工精度不够会导致其质量中心与旋转中心不重合，在额定转速3000r/min运行时产生过大离心力，引发轴承激振力，造成机组异常振动。装配质量较差的危害装配质量差，如叶片安装不当、平衡块配置不合理等，会直接导致转子质量不平衡。转子装配时每级叶片均需进行动平衡试验，整体装配完成后还需通过低速、额定转速及超速动平衡试验，以确保不平衡量在合格范围。提升加工与装配质量的措施应提高机械加工精度，采用先进生产工艺和材料，严格控制转子生产质量。装配过程中严格执行平衡试验流程，合并所有平衡重块，便于安装现场的动平衡调整，从源头减少振动诱因。低压缸及发电机刚度影响

刚度不足的振动表现低压缸和发电机轴承支撑刚度较小时，在转子激振力作用下易产生较大振动响应，滇东#4机组试运中发现#6轴承处低压缸刚度不足导致振动问题。

刚度不对称的危害轴承座刚度不对称会使转子两侧支撑垂直方向弹性压缩量产生差异，可能引发轴向振动，如某案例中发电机后轴承因支撑刚度差异导致轴向振动最高达250μm。

刚度提升的关键措施通过优化基础设计、增强支撑结构强度、确保轴承座与台板连接稳固等方式提升刚度，可有效降低因刚度不足引发的振动，保障机组稳定运行。设计阶段动平衡试验要求

叶片级装配平衡试验在转子装配过程中，每安装一级叶片后均需进行动平衡试验，确保单级叶片质量分布均匀，避免局部不平衡引发振动。

整体转子多转速平衡试验转子整体装配完成后，需依次进行低速、额定转速（如3000r/min）及超速动平衡试验，确保全工况下不平衡量在规范范围内。

平衡重块合并要求出厂前需合并所有平衡重块，减少现场安装时的调整工作量，确保转子在运输及安装过程中平衡状态不受影响。

设计加工精度控制通过优化转子加工工艺，提高机械加工精度，减少因制造误差导致的质量中心偏离，从源头降低振动激振力。03安装与检修环节的影响因素轴承标高与负荷分配

轴承标高的重要性汽轮发电机转子由轴承支撑，两侧轴承中心高需保持在同一水平线，以确保机组平衡。若中心高不一致，将导致轴承负荷分配不合理，引发振动问题。

负荷分配不均的危害负荷较轻的轴承端，油膜形成不良易诱发油膜振动、汽流激振等自激振动；负荷较重的一端，轴瓦乌金温度升高，可能产生碾瓦现象，导致机组振动。

安装控制措施安装前需详细阅读厂家说明，严格按技术要求执行。通过准确测量轴承中心高，利用垫片调整至合理位置，确保轴系扬度接近设计值，轴瓦间隙及紧力符合标准。轴系对中与联轴器连接

轴系不对中的振动危害轴系对中偏差会导致联轴器附加力矩，引发机组异常振动，表现为1倍频振动为主，可能伴随2倍频分量，严重时造成轴承过热、密封磨损及轴系疲劳损坏。

轴承标高与负荷分配轴承标高偏差将导致轴系载荷分配不均，负荷较轻端易引发油膜自激振动，负荷过重端导致轴瓦温度升高甚至碾瓦。安装时需通过垫片精确调整，确保轴承中心高误差控制在0.05mm以内。

联轴器连接质量控制联轴器松动或端面平行度偏差会产生周期性激振力，安装时需保证螺栓均匀紧固，控制端面瓢偏≤0.02mm/m，径向晃度≤0.03mm，确保扭矩传递平稳。

轴系扬度与同心度调整轴系扬度需符合设计值，通过调整轴承支撑实现转子自然垂弧平衡。某案例中通过控制汽轮机与发电机中心偏差≤0.05mm，轴系扬度接近设计值，有效降低了发电机后轴承轴向振动。轴承座刚度与支撑系统轴承座刚度不足的影响低压缸和发电机轴承的支撑刚度较小会引起机组振动。如滇东#4机组试运中发现#6轴承处低压缸刚度及发电机端盖式轴承支撑刚度相对较小，是导致振动的因素之一。支撑系统连接松动的危害轴承座底部与支撑台板连接螺栓松动、台板与土建基础垫铁支撑不稳等，会导致支撑刚度差异，引发轴向振动。某案例中发电机后轴承座轴向振动最高达160μm，与支撑系统连接问题直接相关。刚度差异与差别振动当转子两侧支撑刚度差异大时，在激振力作用下两侧支撑垂直方向弹性压缩量不同，产生轴向振动。通过检测轴承座连接部件间的差别振动值，可判断支撑刚度是否存在问题，为振动故障诊断提供依据。检修过程中的常见问题

01轴承间隙及紧力调整不当检修时若轴瓦间隙及紧力未按标准调整，可能导致油膜形成不良或轴瓦受力不均，引发振动。如某案例中，调整轴瓦间隙及紧力后振动仍超标，需结合其他因素综合排查。

02轴系中心找正偏差联轴器对中不准确会使轴系承受附加力矩，导致振动。广州永兴环保能源有限公司#2机组曾因汽轮机与发电机中心偏差，虽控制在0.05mm以内，仍出现发电机后轴承轴向振动超标问题。

03动静部件清理不彻底检修时若残留杂质或未清除动静部件间的异物，可能导致运行中发生摩擦碰磨，引发振动。需严格执行清理流程，确保部件无杂物、无毛刺。

04轴承座连接刚度不足轴承座与基础连接螺栓松动或垫铁接触不良，会降低支撑刚度，导致振动放大。检测轴承座连接部件的差别振动，可判断支撑刚度差异，如某机组因轴承座底部螺栓紧力不足，轴向振动达160μm。04运行过程中的影响因素转子热弯曲与热不平衡

转子热弯曲的成因在汽轮机运行过程中，转子受到热负荷时受热膨胀可能导致转子发生热弯曲，尤其是高压转子段。转子因热膨胀变形可能呈现各向异性，致使质量在径向分布不均而导致质量不平衡，引发振动。

热弯曲振动的特征这类振动通常发生在负荷波动较大的情况下，特别是在高温运行或急剧变化的工况下更为突出。转子热弯曲引起的振动频率为工作频率。

转子热不平衡的影响转子热不平衡会使质量在径向分布不均，导致离心力不平衡，进而引发机组振动，影响设备运行安全，甚至威胁到人员安全。动静部件碰磨现象01碰磨产生机理汽轮发电机组运行中，转子与静止部件（如轴封、隔板汽封）因间隙过小或转子振动超限发生接触摩擦，引发局部发热和机械冲击力，破坏原有平衡状态。02典型振动特征振动频率以工频为主，常伴随2倍频、3倍频等谐波分量；严重时出现瞬时冲击性振动，振幅随碰磨程度加剧呈非线性增长，可能导致机组保护动作跳机。03主要危害表现短期可造成密封件磨损、转子局部过热；长期运行易引发转子热弯曲、轴系不对中，甚至导致叶片断裂、轴瓦乌金破裂等恶性事故，威胁机组安全。04常见诱因分析安装时动静间隙调整不当、转子热变形导致径向间隙减小、轴承座松动引发转子径向位移增大，以及运行中异物进入通流部分等因素均可能诱发碰磨。油膜涡动与油膜振荡油膜涡动的形成机理滑动轴承中，轴颈在润滑油膜支撑下高速旋转时，因油膜内压力分布不均，产生垂直于旋转方向的切向力，推动轴颈围绕平衡位置进行涡动运动，涡动频率约为转速的0.42-0.48倍。油膜振荡的特征与危害当转速升高到第一临界转速的2倍以上时，油膜涡动频率与转子固有频率重合引发共振，形成油膜振荡，表现为剧烈振动且振幅突然增大，可能导致轴瓦乌金破裂、轴承座松动等严重故障。诱发因素与临界转速关系轴承负荷过轻、润滑油黏度偏高、轴瓦间隙过大是主要诱因。对于额定转速3000r/min的机组，若第一临界转速低于1500r/min，在升速过程中易发生油膜振荡。诊断与处理措施通过频谱分析，若振动主频为0.4-0.5倍工作频率且随转速升高不变，则判断为油膜涡动；若主频接近转子固有频率且振幅骤增，则为油膜振荡。处理可采用降低润滑油黏度、调整轴承间隙或增加轴承比压等方法。汽流激振与负荷变化影响汽流激振的产生机理汽流激振是由于汽轮机内部蒸汽流动不均匀，对转子产生周期性激振力所致，常发生在高压转子段，其振动频率通常为工作频率。负荷波动引发的振动特征负荷波动较大时，尤其是高温运行或急剧变工况下，转子因热膨胀不均易产生热弯曲，导致质量不平衡，引发振动，振动频率与转子工作频率一致。典型案例：振动处理效果某火力发电厂汽轮发电机组经针对性处理后，振动幅度从0.8mm/s降至0.3mm/s，有效验证了负荷变化影响及对应处理措施的有效性。温度变化与热应力作用

转子热弯曲的形成机制汽轮机运行中，转子受热负荷时受热膨胀可能导致热弯曲，尤其高压转子段。转子因热膨胀变形呈现各向异性，致使径向质量分布不均而产生质量不平衡，引发振动，此类振动频率为工作频率。

热应力引发振动的工况特点热弯曲引起的振动通常发生在负荷波动较大的情况，特别是在高温运行或急剧变化的工况下更为突出。转子热变形会破坏原有的质量平衡状态，导致振动问题加剧。

温度变化对机组稳定性的影响当汽轮发电机组温度变化较大时，可能产生热应力和热膨胀，导致机组振动。温度的不均匀分布和剧烈变化会影响转子与气缸的相对位置及部件配合间隙，进而影响机组运行平稳性。05机械部件故障的影响转动部件飞脱或松动常见松动/飞脱部件类型汽轮机转动部件如叶片根部、拉筋、平衡块等，在长期振动或磨损作用下易发生松动或脱落。引发振动的机理当转子上的部件脱落或变形时，会导致转子质量分布不均，破坏旋转平衡，从而引发机组异常振动。典型发生工况这类故障多发生在机组长期运行后，或在负荷波动较大、振动环境恶劣的情况下更为突出。振动特征表现转动部件飞脱或松动引起的振动，其频率通常为工作频率，可通过振动频谱分析进行初步判断。轴承磨损与供油不足

轴承磨损的振动特征轴承磨损会导致轴瓦间隙增大，承载能力下降，引发振动。振动频率常包含工作频率的谐波分量，严重时伴随轴瓦温度升高，如出现碾瓦现象将加剧振动。

轴承供油不足的危害轴承供油不足会使油膜无法正常建立或维持，导致润滑不良，产生摩擦振动。油膜破裂时可能引发轴颈与轴瓦直接接触，造成剧烈振动和设备损坏。

供油系统故障的常见表现供油系统故障如油泵出力不足、油路堵塞、油质劣化等，会导致轴承润滑油量或油压异常。现场可通过监测供油压力、流量及油样分析判断供油系统状态。

预防与处理措施定期检查轴承磨损情况，测量轴瓦间隙；加强供油系统维护，确保油路畅通、油质合格；安装供油压力和流量监测装置，及时预警供油异常，避免因磨损和供油问题引发振动。密封装置摩擦与间隙问题

密封装置摩擦的常见形式密封装置摩擦主要包括轴封片与轴颈摩擦、密封瓦碰磨等形式，在受热膨胀或安装偏差时易发生，导致局部过热和振动。

间隙不合理引发的振动特征轴封片与轴颈之间尺寸配比不合适，配合过紧会引发摩擦振动，过松则导致汽流激振，振动频率多与工作频率相关。

典型案例：密封瓦碰磨处理效果某机组因密封瓦间隙调整不当导致振动，通过重新研磨密封瓦、调整间隙至0.15-0.25mm标准范围，振动幅度从0.8mm/s降至0.3mm/s。转子裂纹与结构缺陷

转子裂纹的产生机理长期运行中，转子在交变应力、热应力作用下，材料疲劳或焊接、锻造缺陷处易产生裂纹，裂纹扩展会导致转子质量不平衡加剧，引发振动频率为工作频率的强迫振动。

结构刚度不足的影响低压缸、发电机轴承等支撑结构刚度不足时，无法有效吸收振动能量，易引发共振。如滇东#4机组试运中发现#6轴承处低压缸刚度不足导致振动问题。

转动部件松动与飞脱叶片根部、拉筋、叶轮等转动部件因长期振动或磨损发生松动、变形甚至脱落，会破坏转子质量平衡，导致振动异常，此类故障多伴随突发性振动幅值增大。

转轴截面刚度不对称转轴加工误差或材质不均可能导致截面刚度不对称，旋转时产生周期性刚度变化，引发振动。如转轴存在椭圆度偏差时，振动信号中可能出现2倍频分量。06电磁与系统因素的影响发电机匝间短路与磁力不对中发电机匝间短路的振动特征发电机定子绕组匝间短路会导致电磁力不平衡，引发振动。其振动频率常包含工作频率及谐波分量，严重时可能伴随发电机局部过热现象。磁力不对中的成因与影响磁力不对中主要源于发电机定转子磁力中心线偏差，可能由安装误差或运行中磁拉力不平衡导致。此问题会产生周期性电磁激振力，引起机组径向振动，振动频率为工作频率。匝间短路与磁力不对中的诊断要点诊断匝间短路可结合绝缘电阻检测、气相色谱分析及振动频谱中的特征谐波；磁力不对中则需通过测量定转子间隙、检查磁力中心标记及分析振动相位关系来综合判断。电力网络振荡与负荷波动

电力网络振荡的成因与影响电力网络振荡是指电力系统中发电机之间或发电机与电网之间产生的同步振荡或异步振荡，可能由系统故障、参数不匹配等引起，会导致汽轮发电机组电磁力矩波动，诱发轴系扭转振动，影响机组稳定运行。

负荷波动引发的振动特征机组运行中负荷的急剧变化或大幅波动，会导致汽轮机进汽量、蒸汽参数快速改变，使转子承受的热应力和机械应力发生突变，可能引发转子热弯曲、质量不平衡等问题，此类振动通常以工作频率为主频。

应对电力网络与负荷扰动的措施为减少电力网络振荡和负荷波动对机组振动的影响，需优化电网调度策略，避免机组频繁启停和负荷骤变；同时加强机组运行参数监控，配置快速响应的调节系统，确保在电网扰动时机组能稳定过渡。冷却系统问题与通风不平衡

冷却通道堵塞引发振动冷却系统通道堵塞会导致散热不良，引起发电机内部部件温度异常，造成转子热变形或磁力不平衡，进而引发振动。此类问题在长期运行未及时清理的机组中较为常见。

通风设计缺陷导致气流激振通风系统设计不合理，如风道结构不对称、风扇叶片角度偏差等，会造成通风气流分布不均，产生周期性的气流激振力，导致机组振动。其振动频率通常与通风系统的固有频率相关。

冷却介质流量异常影响冷却介质（如空气、氢气）流量不足或分配不均，会使发电机转子、定子等部件因冷却效果差异产生局部过热，破坏质量平衡，引发振动。需严格监控冷却系统进出口压力及流量参数。07振动故障案例分析轴承振动超标案例解析

广州永兴环保能源有限公司#2机组案例该公司#2汽轮发电机组发电机后轴承（#4轴承）轴向振动严重超标，最高达到160μm，影响机组正常运行。处理情况为调整轴瓦两侧支撑瓦枕垫片及轴瓦球面垫块，汽轮机与发电机中心控制0.05mm以内，轴瓦间隙及紧力轻微调整达到标准范围内，轴瓦与轴径接触情况基本合格，但修后#4轴承轴向振动仍达250μm，未能明显改善。

热力厂七电站5号机组案例热力厂七电站5号机为C25-3.43／0.98型中压单缸抽汽凝汽式机组，2008年5月更换励磁机转子后试车，冲转至2355r/min时，5瓦水平方向振动达到110μm且爬升较快，被迫打闸停机。从频谱图看出振动以工频为主，主要原因是励磁机转子存在质量不平衡，引起普通强迫振动。

杭丽热电项目3号机组案例杭丽热电项目3号汽轮机组在整套调试升速过程中，升速至1043r/min时，发电机4瓦瞬间振动到194.8μm，汽轮机3瓦处振动超出110μm跳机值，导致跳机。重新启动升速，机组整体振动再次飙升。冲转升速振动超限处理实例

杭丽热电项目振动现象3号汽轮机组冲转升速至1043r/min时，发电机4瓦振动达194.8μm，汽轮机3瓦超110μm跳机值，频谱显示以工频为主。

广州永兴#2机组振动问题发电机后轴承（#4