浅析汽轮机运行中的振动及防止措施

郑志强

摘要：汽轮机作为一种提供源动力的大型机械设备，主要应用于大型发电厂或者工业制造、车船制造业，在汽轮机的运行中，产生振动是最容易出现的一个问题，这种问题会引起汽轮机产生故障，不利于设备的正常运行，严重时会影响到发电厂和工业制造企业的发展。

关键词：汽轮机；振动；防止措施

引言：

在汽轮机运行的过程中，引起振动的原因复杂多变，但汽轮机振动是机械设备发生故障的具体表现和导致故障产生的主要因素，因此，如何防止汽轮机在运行中发生震动，保证大型电厂或工业制造企业的正常运行，使我们应当重视和解决的主要问题。

一、汽轮机的运行原理和分类

（一）运行原理

在我国，汽轮机广泛地被应用在大型火力发电和核能发电厂为火力发电和核能发电提供源动力来源[1]，它在火力发电中发挥作用的工作原理是通过燃烧煤炭的火力和热量把水转化成蒸汽，大量的蒸汽聚集会产生强大的气压，汽轮机的转动就是靠这种气压来推动的，这样就完成了汽轮机的运行，在整个过程中，从能量转化的角度来说，就是把热能转变为机械能量的过程，汽轮机运行的另一端，再连接上电磁发电机的叶轮部位，就有实现了通过汽轮机的转动带动发电机的运行的过程，最后，有发电机完成电能量的储备。

（二）主要类别

第一，按热力原理主要可分为凝汽式、抽汽凝汽式和背压式等；第二，从用途的角度讲，汽轮机主要用于供电、供热、工业用汽轮机和船舶推动汽轮机；第三，按汽轮机的进汽压力的高低又可把汽轮机分为低压、中压、高压、次高压，最顶级的进汽级别是超高压。

二、汽轮机振动的原因分析

引起汽轮机振动的原因是多种多样的，但产生振动现象的主要原因有油膜的稳定性缺失、汽轮机运行过程中的气流振动和由于受热不均匀导致的汽缸膨胀障碍，出现汽缸膨胀不均匀的情况。

第一，油膜稳定性缺失。汽轮机发生油膜失稳主要有两种形式，半速涡动和油膜振荡。半速涡动的情况是，当机器转子的转动速度比第一临界点转速低至两倍时，转速就会逐渐提高，而在这个提高转速的过程里，汽轮机的振动一般会在一个转速相对较低的阶段出现，然后一直振动到转子的转速达到峰值，或者还有一种情况是，振动会在转子转速达到某个随机数值时小时，二在转子转速由低到高的变化过程中，当到达转速变化的临界点时，涡轮转动的频率就会发生改变，但其中转动程度力的半频关系是恒定不变的。油膜振荡的情况是，在旋转劲轴和润滑油相互带动运转的过程中，轴劲和高速流动的润滑油之间由于产生了强大的作用力和反作用力，使油膜发生一种强烈的自动振荡的现象。

第二，气流振动。气流振动主要可分为由于转子弯曲部分的径向间隙变化而造成的顶隙振动和机器叶轮部位在运转过程中的相互作用力引起的振动。

首先，顶隙振动是由于机械制造人员为了提高汽轮机的工作效率和机器性能，而使用了一种提高汽轮机运行转速和级数增加的方法，但是级数的变化导致了转子运行的跨距拉长，在转速变化时的临界速度变慢，进而转子转速的提高与汽轮机整体工作转速的差距就被扩大，使轴系统的运行不稳定，而转子的弯曲部分会使通流径向间隙发生改变，进而引发轴劲的正向涡动。其次是叶轮流通部分的相互作用力。叶轮在运行过程中的失稳现象是很容易发生的，而这种失稳的作用力又会将叶轮带入磨损环，产生磨损后就会造成出口的密封间隙增大，产生强烈的振动。

第三，汽缸膨胀不均匀。膨胀现象是由于受热引起的在汽轮机运行的过程中[2]，汽缸膨胀是否均匀就取决于受热是否均匀，当受热不均匀时，会引起汽轮机的轴承位置和标高的改变，影响转子的中心位置，导致轴承的刚度下降，进一步引起轴承振动，而轴承的振动又有以下两方面原因，第一是汽轮机在机组启动时水流疏通问题使残留在机器中的水受热产生蒸汽，引发金属材料的变形，在运行过程中造成摩擦，另一种原因是运行过程中各个环节的气温与金属气缸的温度不相配，造成转子由于受热不均而产生变形，与气缸的膨胀程度发生差异。

三、采取有效措施防止气缸振动

（一）杜绝油膜失稳和振荡

在汽轮机的设计环节就需要在运行时的系统阻尼和稳定裕度进行提高，而且在制造工艺的选择上排除影响轴系稳定性的工艺[3]，对于消除油膜失稳，一项重要的基础性工作就是對汽轮机要做好日常的设备检查和维护，而从它的运行原理上来讲，可以通过增大机械的比亚和负载量来达到杜绝失稳的目的，同时，还要注意降低轴承的宽度，另外，还可以用提高机械的承载系数和油温的方法对来时润滑油的粘度变低。但这种方法会带来油质老化的问题，在具体的应用中，应当采取相应的措施进行改善。

（二）消除气流振动

相对来说气流振动的发生几率并不大，但是我们也要重视这种因素带来的问题，消除气流振动的主要方法有三种，首先，我们要充分利用反涡技术对气流的环形运动进行干扰，用逆向注入气流的方式提升失稳临界点的转子转速进行提升；其次，对轴承在轴径中的偏心率进行增高，来降低发生振动的频率；第三，对轴承的外观和几何形状进行和里的改造，干预环形旋转气流的动向，而达到减弱切向力度的目的，促进机器转子高速稳定的运行。

（三）减少膨胀不均

抓住膨胀不均的主要影响因素，受热不均匀，注意在汽轮机开始运行之前进行仔细的检查，确保所有通道的通畅且没有积水存在于主要管道或者机器主体中。现一旦发现积水要及时进行清理[4]，另外，仔细检查机械运行的各个环节的部件有没有变形或故障的情况发生，如有变形或故障，应当及时修理或更换，并配合将机械运行参数进行调整。

三、结束语

汽轮机的整体运行是一个需要各个机械设备和环节进行配合和协作的过程，要保证汽轮机的有效运行，就需要从它的运行原理出发，明确机器运行中各个部件工作原理和影响这些部件正常运行的因素，分析这些因素之间的逻辑关系，找到问题产生的源头和根本，用有效的措施和方法杜绝这种不正常运行情况的发生，最终解决汽轮机工作过程中出现的故障和问题。

参考文献：

[1]邹广富.汽轮机运行中的振动及防止措施探讨[J].环球市场，2017（9）：143-143.

[2]王永江.汽轮机运行中的振动及防止措施探讨[J].装备制造，2016（7）.

[3]王勇.汽轮机运行中的振动与有效防范方式分析[J].大科技，2016（20）.

[4]鲍荣明.汽轮机运行中的振动及防止措施探讨[J].中国科技投资，2017（3）.endprint