汽轮机运行工况分析（七）负荷及振动变化分析

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⒕汽轮机负荷：（汽轮机转速不变，为何发电量增加？）

⑴变化原因：

①  液调同步器变化；

②  真空变化；

③  汽压变化；

④  调速系统工作不正常，调门门杆折断或门左脱落等；

⑤  频率变化使调速汽门相应变化；

⑥  调速油压降低（如油管漏油等）；（汽轮机调速系统学习）

⑦  抽汽量变化；

⑧  负荷突降至0；（汽轮机甩负荷试验详解学习）

a．发电机与电网解列；

b．热工保护动作（低真空等），磁力断路器动作；

c．发电机故障（差动保护等动作）；

d．自动主汽门或危急保安器误动作；

e．调速系统失灵或调速油压降低；

f．单元机组锅炉故障停炉等原因连锁停机。

⑨负荷晃动的原因：

a．电网震荡；

b．发电机失去励磁；

c．调速器迟缓率大或油动机内有残余空气；

d．调速器门重叠度大，某一调门刚微开；

e．错油门重叠度大；

f．油压不稳定晃动；

g．调速系统静态特性曲线不合格、比较平直；

h．调门或连杆因结垢等原因卡涩；

i．CCS指令的震荡也会引起调门的震荡。

⑩一、二次油压泄漏。

⑵负荷变化的影响：

①  负荷变化速度在机组起动时，需控制增负荷速度，防止增负荷过快，使汽轮机金属部件由于温差增大产生热应力过大，差胀升高，正常运行则对负荷变化速度不作严格规定。

②  负荷突变较少，对机组影响不大，如突降至0，与电网解列，对机组影响较大，要求处理迅速。负荷突变是常见事故之一，遇到雷雨，季节性灾害或电气运行方式薄弱时更易负荷突然变化，以至甩负荷。

⑶负荷晃动的原因：（哈汽机组关注一下！60万超临界机组调试期间调门摆动及突关事件分析）

①  负荷晃动的情况有不同，有的是在升降负荷时出现调速系统激烈摆动。有的是突然出现晃动或逐步出现增大的晃动。对于突然出现晃动其频率与振幅一般都是无规律的，往往是由于调速系统不清洁，外物侵入或热膨胀补偿不足引起调速汽门不规则的卡涩，对运行中出现晃动，并逐步增大，其晃动频率与幅度是有规律的，往往由于调速系统磨损或连杆间隙太小，迟缓率太大造成的。

②  调速系统在某一负荷下晃动，往往是由于调速汽门重叠不当，负荷晃动后使汽机进汽量上下波动，对汽轮机运行不利，同时对电网的稳定产生不良影响。运行中发生在某一负荷下晃动，可用改变负荷的办法来消除晃动，对于调速系统不稳定的机组，调节负荷要注意升降速度，不宜过快。

③  发电机震荡或失去同期，负荷及电机电压均会出现剧烈摆动，发电机会发出有节奏的呜声，其节奏与表计摆动合拍；

④  调门抖动使负荷波动，原因是存在LVDT高频干扰，调门端子箱电缆受损，调门电缆工作在高温环境，绝缘极易老化，电缆接地会造成调门抖动。建议：更换耐高温（500度以上）电缆。将接线盒内部的四壁使用海绵，将电缆与其它东西隔开。扩大接线盒入口孔洞，避免电缆与其磨损。多个调门晃动，幅度为几毫米，建议更换换伺服阀，同时测量伺服阀控制信号和LVDT的线路绝缘，调A值，稳定，或者打开机柜柜门（卡件“冻感冒”了）。

⒖汽轮机振动：（汽轮机轴振与瓦振的关系）

⑴变化原因：

①  起动过程中，发生振动增大一般有：

a．暖机不当或升速过快；

b．油温过低，超临界时振动增大；

c．停机后未按规定盘车，引起轴在弯曲下起动；（汽轮机热态停运盘车总结）

d．由于法兰内外温差或汽缸法兰温差增大引起汽缸热变形，或者正负差胀过大造成动静摩擦；

e．暖机时汽温过低；

f．汽缸、法兰螺栓加热装置使用不当；

g．排汽缸温度过高或排汽缸冷却水调节不当，左右侧产生温差；

h．门窗开启穿堂风，使汽缸半面冷却；

i．热态起动，汽缸进冷水或冷汽，引起转子弯曲。（停机后进冷水、冷汽导致大轴弯曲事件分析）

②  检修质量不好引起的一般有：

a．转子动平衡未校好；

b．汽轮机和发电机中心不正；

c．轴承油隙不合格，轴瓦紧力不够而松动；

d．汽轮机或发电机的机械转动部分松动；

e．滑销系统卡住；（什么是猫爪、横销、纵销、立销....汽缸的支承、膨胀和滑销系统）

f．发电机转子通风孔或水冷转子水路部分堵塞。

③  运行中振动突然增大：

a．动静部分摩擦或局部碰撞；

b．叶片断裂飞出，引起转子转动不平衡；

c．转子部件在高速时松动或发生不对称位移；

d．轴承乌金脱壳损坏；

e．水冲击大轴弯曲；

f．频率变化；

g．汽温或负荷突降或突升，使机组膨胀不均；

h．润滑油温过低，使油膜破坏或发生油膜振荡；

i．轴承油压下降，油温不足，油膜破坏

j．发电机负序电流过大引起套箍失去紧力，由于发电机静子负电流的作用，转子表面将产生涡流，特别是转子的端部，表面温度将升高。由于套箍热容量较小，其瞬间平均温度将显着高于转子本体，这就使套装部件之间形成温差而失去紧力。这种故障只是在发电机转子上产生，根据电网不对称负载或瞬间发生短路的时间与机组振动发生变化时间的对应关系，便可明确振动变化的原因。最后通过检查发电机套箍晃摆值和嵌装面处是否有过热和电弧烧伤痕迹而得到证实。当嵌装面没有发生明显烧伤而只是转子平衡恶化时，可以采用调整转子平衡的方法改善机组振动；

k．不对称电磁力；发电机瓦盖振大也可能是该瓦负荷减轻的原故；

l．随机组运行工况而变的不稳定不平衡，随机组运行工况而变的不稳定不平衡是指发生在额定转速下，随转轴传递扭矩的增大和转子本身温度（砺磁电流、有功负荷）的升高而改变的不稳定不平衡，当这些参数稳定后，振动立即或慢慢趋于稳定，因此振动幅值和相位都有较好的重现性；

m．转轴与水接触。由于疏水不畅、汽缸进水、水封漏水等原因，可能导致运行中汽轮机转轴与水接触，从而使机组发生突然性强烈振动，这种现象在现场较为常见，在新机启动和大修后启动较容易发生。转轴与水接触引起突然增大是由于转轴局部遭到冷却，使转子形成热弯曲而引起不平衡振动。但是这种故障引起转子热弯曲不像其他原因引起转子热弯曲的产生和消失都有一个缓慢的过程，转子遇水局部遭到冷却引起热弯曲很短，一般只要1-2min即可使机组的振动增大到100μm以上，同样在这么短的时间内强烈振动即可消失。这是由于转子遇水后引起转子热弯曲的热交换强度非常高，转轴一旦与水接触或停止接触，转子热弯曲形成或消失很快完成，所以采用快速停机，测取转子临界转速下振动变化和盘车转速下测转子弯曲值，是不能验证转子在运行中是否发生热弯曲的。

n .中心孔进油。机头及对轮两端堵板紧力不够或存在间隙，在停机或汽温降低时中心孔内空气凝结从而形成真空从两端吸油。在运行中由于转子内温度变化大，中心孔内的空气在热段膨胀，在冷段凝结，转子上存在一个不断变化的质量不平衡量，引起轴的振动。

⑵汽轮机振动的影响：

①  机组振动增大的原因比较多，起动时如果振动增大，应降低转速（对于N125机组，必须立即停机，查明原因并消除之，方可再次起动）延长起动时间，待振动正常后，方可升速，如果降速振动未下降，应立即停机。检查转子弯曲正常再行起动，运行中振动增大可适当减负荷，分析运行工况情况。如运行时突然强烈振动或伴随有不正常声音，必须破坏真空紧急停机。

②  机组长期在振动大的情况下运行，将增加不安全性：

a．易引起金属材料强度的减弱或疲劳断裂；

b．动静之间可能发生摩擦或碰撞；

c．易使危急保安器误动作；促使发电机及励磁机电刷加快磨损；

d．使轴承乌金脱壳，温度升高；

e．汽机出力受到限制；

f．使管系振动引起结合面等处泄漏。

③  振动应从三个方向测量，即从垂直、横向和轴向测量，垂直和横向侧得的振动视转子振动特性与轴承刚性而定。测量轴承振动时，尽量维持机组负荷、参数、真空不变，便于分析。绝大多数振动是垂直方向指示出来，但在测量三个方向振动时，横向也比较大。

④  高压大容量机组，轴向径向增大和轴系临界转速降低，直接影响到轴承工作的稳定性，易引起轴承油膜振荡，特别是发电机前后轴承，油膜振荡是一种低频自激振动，振荡频率近似等于一阶临界转速的自振频率，一旦出现这类振荡时，振幅会骤然增大，转速再增加，振荡频率基本不变，但其振幅仍然继续增大，必须使机组低于出现油膜振荡的转速下运行。国产30万机组在运行初期，发生过油膜振荡，后采取了缩小轴承长径比，抬高轴承高度，提高轴承比压，30号透平油改用22号透平油以及运行中提高轴承油温等措施，解决了油膜振荡的问题。

⑤  （附）防止发电机负序电流使机组振动恶化的措施有：

1.  限制发电机不对称负载；

2.  增加套箍和转子本体之间连接紧力，但这是大容量发电机转子设计中的一个难题，因此采用这个措施要慎重；

3.  合理补偿发电机转子端部不平衡。

⑥    （附）正常的发电机转子产生的电磁力在直径方向是均衡的，因此它不会引起转子振动；均衡的电磁力只对静子产生周期性吸力。但是当转子线圈发生故障时，转子会产生不对称电磁力，引起转子振动；不对称电磁力的频率等于转子磁极对数乘以转子工作效率；对于两极发电机转子来说，不对称电磁力频率与转子工作频率相等。这种故障引起振动的特点是振动随励磁电流的增大而加大，而且无时滞。因此可以通过改变励磁电流观察振动变化，当振动随励磁电流增大立即增大时，表明不稳定普通强迫振动是由不对称电磁力激起的。引起不对称电磁力的故障有发电机转子线圈局部短路、空气间隙不均匀，后者通过测量转子空气间隙值可以查明。发电机转子线圈匝间或对地短路，除了会引起不对称电磁力外，还会造成转子局部受热，使转子产生热弯曲，造成不平衡振动，因此振动除了随励磁电流增大而立即增大外，还包括含随时间增大而加大的成分，一般后一种现象较前者显着。

⑦        （附）机组解列、并列和增减负荷时，振动幅值和相位突然发生，并有较好的重现性中，而与机组受热状态无关，当有功负荷稳定时，振幅和相位较为稳定。这是区分振动是由联轴器处失去紧力还是转轴套装处失去紧力所引起的最重要依据。产生这种振动变化，是由于活动式联轴器在传递扭矩改变时，其活动部件突然产生不对称径向位移，使转子平衡状态改变。活动式联轴器力传递是由主动星形轮通过外套或蛇形弹簧带动从动星形轮。外套或蛇形弹簧跟随两个转子一起旋转，在旋转状态下外套的径向位置由齿间的间隙保证。当齿牙磨损后，齿间和齿顶间隙增大，外套会偏向一侧，产生偏心而引起不平衡力，造成振动变大。外套的径向位置决定于其不平衡力和径向磨擦力，而径向磨擦力由传递力矩和齿牙之间的接触面形状所决定。因此，传递力矩的改变，直接影响磨擦力的大小，从而改变了外套的原始平衡状态，使外套处于新的平衡位置，导致转子振动的变化。这种变化是在改变有功负荷的瞬间完成的，所以振动变化无时滞现象。

励磁电流增大后，振动并不立即增大，而是稳定一段时间后逐渐增大；同样，当励磁电流减少或去掉时，振动不立即减少。由试验结果绘成的曲线呈阶梯状。转子受热后的振动变化量称为振动热变量。

发电机转子产生热不平衡的原因，总的来说是由于转子上某些零件产生不对称热变形和转子热弯曲。发电机转子产生不对称热变形的零件主要是指端部零件，特别是端部线包。由于线包受热膨胀，在径向发生不对称位移，破坏了转子的质量平衡。

⑧    a.轴瓦乌金碎裂在中小机组上较为常见，乌金碾压在大机组上较为常见。轴瓦乌金碎裂与碾压一般是新机投运不久即发现，有些机组大修后才发生。有些机组轴瓦碎裂后继续运行，碎块面积不断减少，最后轴颈与瓦胎直接相碰磨，由此不仅使轴颈严重磨损，而且由于转子下落，通流部分产生严重磨损。转子在工作转速下，轴颈与乌金之间存在着厚度为100-300μm的油膜（由轴颈直径、轴瓦形式、转速等决定），轴颈和轴瓦之间存在着相对振动。进一步来说，转子上的激振力通过轴颈、油膜传给轴承座，使油膜产生了交变的应变力。当应力过大时，乌金表面会形成细小的疲劳裂纹，进而高压交变的油膜压力楔入小裂纹，使小裂纹不断扩大并贯通，乌金便形成碎块。这些碎块在交变的油楔力作用下，又从瓦胎上脱落下来，使碎块之产相互撞击和交变的压力油楔入小裂纹，使碎块边缘继续裂成碎粒，小碎粒不断地被油流冲走，乌金承载面积不断减少，最后因此比压过高，乌金温度升高软化，将剩余的承载乌金挤压变成薄片，从油隙中挤出，转子下落，轴颈与瓦胎直接相磨。这是乌金碎裂损坏的全过程。

b.引起轴瓦乌金碎裂的原因有两个：一是轴颈相对位移过大，引起较大的交变油膜压力；二是油膜刚度大和阻较小，使油膜不能有效地起缓冲和阻尼作用。

⑨  一般机组的轴颈在安装和检修中都要经严格检查，其晃摆值（断开联轴器，揭掉上瓦）小于0.02mm，在这样小的晃摆值下，加之油膜弹性缓冲，对振动的影响并不大，所以在振动故障诊断中，可以忽略这种激持力，但是当轴颈某一段晃摆值大于0.04mm时，虽然对普通强迫振动影响不大，但会引起轴瓦乌金疲劳损坏。