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【摘 要】 随着经济的快速发展，汽轮机被广泛的应用在各行各业，加强汽轮机振动特性分析及故障判断，对我国汽轮机行业的的发展起着至关重要的作用。本文将从汽轮机振动故障分析、西屋引进型600MW汽轮机振动特性分析及汽轮机振动特性分析发展趋向等几个方面进行分析。
【关键词】 汽轮机;振动特性;故障
一、前言
目前由于汽轮机行业的不断壮大，汽轮机振动特性分析及故障判断的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面上有所完善和进步，但是仍然存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义和谐社会的新时期，进一步加强汽轮机的振动特性分析技术，保证汽轮机的运行质量，是促进汽轮机发展的一个重要环节。
二、汽轮机振动故障分析
1、转子故障引起的振动
（1）转子质量不平衡。在现场发生的机组振动过大，按其原因分，属于转子质量不平衡的占了绝大部分，转子质量不平衡可分为转子残余不平衡和转子部分缺损两种情况。
（2）转子中心不正。机组各转子中心不正对轴承振动的影响很大，它是产生转子扰动力的原因之一，而影响转子中心不正的原因很多，其中有由于转子中心测量调整不精确造成的，有由于联轴器缺陷造成的。
（3）转子热弯曲。转子热弯曲包括发电机转子热弯曲和汽轮机转子热弯曲两部分。发电机在热态时振动较大，其原因是由于转子在径向受到不均匀的加热或冷却，使转子热弯曲。汽轮机转子产生热弯曲的原因有些与发电机转子相同，有些则不同。
（4）转子产生裂纹。转子轴系是大功率动力机械的重要部件，其工作环境极其恶劣，在高温、高压下的蒸汽环境中，并高速运行，不但要受到机械载荷的作用，还要承受交变热负荷。
2、转轴碰摩引起振动
转轴径向碰摩是机组启动和正常运行中振动突然增大的主要故障之一，据国内汽轮机转轴事故统计表明，其中的86%是由转轴碰摩引起的，转轴碰摩严重时还会引起轴系破坏事故，因此正确地诊断机组启停和运行中转轴碰摩具有非常重大的意义。转轴碰摩具体又可分为机组启停中碰摩和工作转速下的碰摩，下面将
分别给予分析。
（1）机组启停中的转轴碰摩。在机组启停的过程中，随转轴碰摩严重程度不同，振幅变化有显著的差别，根据这些变化特征可把转轴碰摩分为早期碰摩、中期碰摩、晚期碰摩三个阶段。在这三个阶段，碰摩形成振动的特征和机理都是不同的。
（2）工作转速下的转轴碰摩。目前国内已有多台机组在空负荷或带负荷下多次发生突发性振动或振幅长时间大幅度波动，经分析研究，这些振动是由工作转速下的转轴径向碰摩引起的。
3、自激振动
所谓自激振动，是指振动系统通过本身的运动，不断地}勺振动系统内馈送能量，它与外界激励无关，完全依靠本身的运动来激励振动。在汽轮机组上可能发生的自激振动有轴瓦自激振动、汽流激振、摩擦涡动、转子材料弹性滞后引起的自激和参数振动等。
三、对汽轮机常见的异常振动进行分析并排除
下面將会详细论述针对引起汽轮机组异常振动的主要原因：汽流激振、转子热变形、摩擦振动等三个主要方面：
1、汽流激振与故障排除
由于受到不均衡的气流冲击力，导致汽轮机组的叶片会发生汽流激振现象;而对于末级较长的大型机组来说，发生汽流激振现象的原因可能是由于在叶片膨胀末端，气体发生流道的紊乱。因此，较大量值的低频分量、振动的增大受负荷等等具有明显的影响，就成为汽流激振的明显标志。
2、由转子的热变形导致的机组异常振动特征和原因及其应对措施
引发汽轮机振动的原因还有很多，例如转子发生的热变形。这种情况的发生在很大程度上取决于转子的温度以及蒸汽参数。转子的热变形大多数都发生在带负荷阶段，也就是在机组启机定速之后，增加的是一倍频振幅。此时，随着转子的温度越来越大，材质内应力发生释放，从而引起转子发生热变形。同时，随着一倍频振动的增加相位也发生变化，从而导致转子发生弯曲变形，就引发了转子的异常振动。
3、摩擦振动的特征、原因与应对措施
汽轮机的摩擦振动有三个主要特征，一是在转子发生热弯曲或热变形时，会产生新的不平衡力，这时候振动信号的主频仍然是工频，不过可能会出现少量分频、倍频和高频分量，这是因为转子受到冲击的影响。二是在汽轮机发生摩擦时，具有波动特性的幅值和相位，其波动可能持续比较长的时间。三是汽轮机的降速超过临界状态时，相对于正常升速时汽轮机发生的振动一般要大很多，转子在停止转动后会发现大轴的晃度有了很明显的增加。
四、西屋引进型600MW汽轮机振动特性分析
1、设备简介
某采用上汽生产的630—242/566/566超临界单轴三缸四排汽中间再热凝汽式汽轮机，支持轴承全部为LEG可倾瓦，前轴承座落地式，电机端轴承座和低压缸是个整体，可使高中压缸相对于低压缸的轴向位置确切固定二低压外缸与相邻的轴承座焊成一体，安装本身的轴承。整个汽轮发电机组共有9个支持轴承，#3一#8轴承下瓦上设有顶轴油孔。
2、西屋引进型600MW汽轮机振动问题及整改情况
（1）#1、2瓦振动尖波
某机组采用本特利生产的3500电涡流传感器，根据涡流探头与被测金属表面的间隙转换为正比负电压，缺点为对被测材料较为敏感、安装较复杂。因刚性不好，当套筒或支架松动达到固有频率，会造成不规律的尖波，无规律，频次周期较长，不能正常反应转子振动。现象为瓦振不变、另方向轴振不变相邻轴承无变化。当然，造成同类现象的还可能为电磁干扰。
（2）汽封漏汽对轴振测点的影响
即使是高温传感器，耐高温也仅为150℃。振动的传递一次为转子、油膜、轴瓦、轴承座二所以轴鸡交座振动一般小于轴振，#1轴承为落地型轴承座，灵敏性较低，具备改造轴振测量孔的条件。考虑到轴封漏汽多次将#1轴振测点烤坏，经制造厂设计处认证，将轴振测点移至前箱轴福又座上。 （3）高压转子的不稳定振动
由于轴承设计上存在不稳定因素，或由于整个系统的阻尼不足以抑制蒸汽流经汽封间隙所产生的绕动力，汽轮发电机羹就有可能发生次同步共振。前者为油膜涡动或油膜振荡，后者为蒸汽振荡。
（4）低压转子不平衡
美国西屋公司将热不平衡列为发电机最常见的振动故障之一。运行记调整汽封压力过程中，汽封温度突变造成汽封体变形，引起低压转子动静摩擦大，最终轴封漏汽量大甚至转子热不平衡振动跳机。低转速晃度大不对中，最常见的是LX分量，不对应2X分量，临界转速时一阶相应大。
（5）发电机、碳刷轴振动
某公司曾发生#7、#9瓦振动偏大现象。#7轴瓦振动主要与有功负荷有关，轴承紧力一般不是造成振动大的原因，附加质量不平衡易造成结构共振;发电机、碳刷轴采用三支撑结构，集电轴小而且质量轻，#9轴承刊不平衡相应敏感，#9轴承振动可以放宽到100um。处理办法就是轴颈处全晃度要求0.05mm以内，紧固碳刷轴联轴器螺栓时，应逐步增加力矩，不能通过松减力矩的办法询整轴承晃度。
（6）TDM运用
由于专业分工，电厂TDM处于闲置状态。TDM如果只当做单纯的数据采集，TSI就可以满足其功能。TDM主要为协助电厂振动技术人员进行基频、相位、频谱分析，但判断振动原因，而当前TDM明显不能满足。
五、汽轮机振动特性分析发展趋向
由于科技的不断进步，利用状态监测技术和频谱分析，能够确定旋转设备的故障类型，制定出具有针对性的检修方案，并能对机组存在的潜在故障有所了解，为机组的正常运行提供有力保障。根据研究分析后制定的大修方案，使大修工作具有针对性，大为缩短了检修的时间，提高了机组运行效率。因此汽轮机振动特性分析中要运用先进的科学力。
六、结束语
通过对汽轮机振动特性分析及故障判断的问题分析，进一步明确了振动特性分析在汽轮机中的应用方向。因此，在汽轮机中的后续发展中，要不断提高振动特性分析的研究，促進汽轮机的进一步发展。
参考文献：
[1]玉兰.机械设备故障诊断技术.上海科学技术文献出版社，1994年
[2]施维新.汽轮发电机组振动及故障.中国电力出版社，1998年
[3]雷建文.汽轮机振动原因分析及处理.贵州化工，2007年
【关键词】 汽轮机;振动特性;故障
一、前言
目前由于汽轮机行业的不断壮大，汽轮机振动特性分析及故障判断的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此方面上有所完善和进步，但是仍然存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义和谐社会的新时期，进一步加强汽轮机的振动特性分析技术，保证汽轮机的运行质量，是促进汽轮机发展的一个重要环节。
二、汽轮机振动故障分析
1、转子故障引起的振动
（1）转子质量不平衡。在现场发生的机组振动过大，按其原因分，属于转子质量不平衡的占了绝大部分，转子质量不平衡可分为转子残余不平衡和转子部分缺损两种情况。
（2）转子中心不正。机组各转子中心不正对轴承振动的影响很大，它是产生转子扰动力的原因之一，而影响转子中心不正的原因很多，其中有由于转子中心测量调整不精确造成的，有由于联轴器缺陷造成的。
（3）转子热弯曲。转子热弯曲包括发电机转子热弯曲和汽轮机转子热弯曲两部分。发电机在热态时振动较大，其原因是由于转子在径向受到不均匀的加热或冷却，使转子热弯曲。汽轮机转子产生热弯曲的原因有些与发电机转子相同，有些则不同。
（4）转子产生裂纹。转子轴系是大功率动力机械的重要部件，其工作环境极其恶劣，在高温、高压下的蒸汽环境中，并高速运行，不但要受到机械载荷的作用，还要承受交变热负荷。
2、转轴碰摩引起振动
转轴径向碰摩是机组启动和正常运行中振动突然增大的主要故障之一，据国内汽轮机转轴事故统计表明，其中的86%是由转轴碰摩引起的，转轴碰摩严重时还会引起轴系破坏事故，因此正确地诊断机组启停和运行中转轴碰摩具有非常重大的意义。转轴碰摩具体又可分为机组启停中碰摩和工作转速下的碰摩，下面将
分别给予分析。
（1）机组启停中的转轴碰摩。在机组启停的过程中，随转轴碰摩严重程度不同，振幅变化有显著的差别，根据这些变化特征可把转轴碰摩分为早期碰摩、中期碰摩、晚期碰摩三个阶段。在这三个阶段，碰摩形成振动的特征和机理都是不同的。
（2）工作转速下的转轴碰摩。目前国内已有多台机组在空负荷或带负荷下多次发生突发性振动或振幅长时间大幅度波动，经分析研究，这些振动是由工作转速下的转轴径向碰摩引起的。
3、自激振动
所谓自激振动，是指振动系统通过本身的运动，不断地}勺振动系统内馈送能量，它与外界激励无关，完全依靠本身的运动来激励振动。在汽轮机组上可能发生的自激振动有轴瓦自激振动、汽流激振、摩擦涡动、转子材料弹性滞后引起的自激和参数振动等。
三、对汽轮机常见的异常振动进行分析并排除
下面將会详细论述针对引起汽轮机组异常振动的主要原因：汽流激振、转子热变形、摩擦振动等三个主要方面：
1、汽流激振与故障排除
由于受到不均衡的气流冲击力，导致汽轮机组的叶片会发生汽流激振现象;而对于末级较长的大型机组来说，发生汽流激振现象的原因可能是由于在叶片膨胀末端，气体发生流道的紊乱。因此，较大量值的低频分量、振动的增大受负荷等等具有明显的影响，就成为汽流激振的明显标志。
2、由转子的热变形导致的机组异常振动特征和原因及其应对措施
引发汽轮机振动的原因还有很多，例如转子发生的热变形。这种情况的发生在很大程度上取决于转子的温度以及蒸汽参数。转子的热变形大多数都发生在带负荷阶段，也就是在机组启机定速之后，增加的是一倍频振幅。此时，随着转子的温度越来越大，材质内应力发生释放，从而引起转子发生热变形。同时，随着一倍频振动的增加相位也发生变化，从而导致转子发生弯曲变形，就引发了转子的异常振动。
3、摩擦振动的特征、原因与应对措施
汽轮机的摩擦振动有三个主要特征，一是在转子发生热弯曲或热变形时，会产生新的不平衡力，这时候振动信号的主频仍然是工频，不过可能会出现少量分频、倍频和高频分量，这是因为转子受到冲击的影响。二是在汽轮机发生摩擦时，具有波动特性的幅值和相位，其波动可能持续比较长的时间。三是汽轮机的降速超过临界状态时，相对于正常升速时汽轮机发生的振动一般要大很多，转子在停止转动后会发现大轴的晃度有了很明显的增加。
四、西屋引进型600MW汽轮机振动特性分析
1、设备简介
某采用上汽生产的630—242/566/566超临界单轴三缸四排汽中间再热凝汽式汽轮机，支持轴承全部为LEG可倾瓦，前轴承座落地式，电机端轴承座和低压缸是个整体，可使高中压缸相对于低压缸的轴向位置确切固定二低压外缸与相邻的轴承座焊成一体，安装本身的轴承。整个汽轮发电机组共有9个支持轴承，#3一#8轴承下瓦上设有顶轴油孔。
2、西屋引进型600MW汽轮机振动问题及整改情况
（1）#1、2瓦振动尖波
某机组采用本特利生产的3500电涡流传感器，根据涡流探头与被测金属表面的间隙转换为正比负电压，缺点为对被测材料较为敏感、安装较复杂。因刚性不好，当套筒或支架松动达到固有频率，会造成不规律的尖波，无规律，频次周期较长，不能正常反应转子振动。现象为瓦振不变、另方向轴振不变相邻轴承无变化。当然，造成同类现象的还可能为电磁干扰。
（2）汽封漏汽对轴振测点的影响
即使是高温传感器，耐高温也仅为150℃。振动的传递一次为转子、油膜、轴瓦、轴承座二所以轴鸡交座振动一般小于轴振，#1轴承为落地型轴承座，灵敏性较低，具备改造轴振测量孔的条件。考虑到轴封漏汽多次将#1轴振测点烤坏，经制造厂设计处认证，将轴振测点移至前箱轴福又座上。 （3）高压转子的不稳定振动
由于轴承设计上存在不稳定因素，或由于整个系统的阻尼不足以抑制蒸汽流经汽封间隙所产生的绕动力，汽轮发电机羹就有可能发生次同步共振。前者为油膜涡动或油膜振荡，后者为蒸汽振荡。
（4）低压转子不平衡
美国西屋公司将热不平衡列为发电机最常见的振动故障之一。运行记调整汽封压力过程中，汽封温度突变造成汽封体变形，引起低压转子动静摩擦大，最终轴封漏汽量大甚至转子热不平衡振动跳机。低转速晃度大不对中，最常见的是LX分量，不对应2X分量，临界转速时一阶相应大。
（5）发电机、碳刷轴振动
某公司曾发生#7、#9瓦振动偏大现象。#7轴瓦振动主要与有功负荷有关，轴承紧力一般不是造成振动大的原因，附加质量不平衡易造成结构共振;发电机、碳刷轴采用三支撑结构，集电轴小而且质量轻，#9轴承刊不平衡相应敏感，#9轴承振动可以放宽到100um。处理办法就是轴颈处全晃度要求0.05mm以内，紧固碳刷轴联轴器螺栓时，应逐步增加力矩，不能通过松减力矩的办法询整轴承晃度。
（6）TDM运用
由于专业分工，电厂TDM处于闲置状态。TDM如果只当做单纯的数据采集，TSI就可以满足其功能。TDM主要为协助电厂振动技术人员进行基频、相位、频谱分析，但判断振动原因，而当前TDM明显不能满足。
五、汽轮机振动特性分析发展趋向
由于科技的不断进步，利用状态监测技术和频谱分析，能够确定旋转设备的故障类型，制定出具有针对性的检修方案，并能对机组存在的潜在故障有所了解，为机组的正常运行提供有力保障。根据研究分析后制定的大修方案，使大修工作具有针对性，大为缩短了检修的时间，提高了机组运行效率。因此汽轮机振动特性分析中要运用先进的科学力。
六、结束语
通过对汽轮机振动特性分析及故障判断的问题分析，进一步明确了振动特性分析在汽轮机中的应用方向。因此，在汽轮机中的后续发展中，要不断提高振动特性分析的研究，促進汽轮机的进一步发展。
参考文献：
[1]玉兰.机械设备故障诊断技术.上海科学技术文献出版社，1994年
[2]施维新.汽轮发电机组振动及故障.中国电力出版社，1998年
[3]雷建文.汽轮机振动原因分析及处理.贵州化工，2007年