在汽輪發電機組上因振動過大形成的事故有：轉軸徑向碰磨引起彎軸和軸封嚴重磨損， 軸系破壞毀機， 軸瓦烏金碾壓和碎裂， 軸瓦緊力消失， 轉動部件不均勻磨損， 動靜件疲勞損壞， 危急保安器及保護儀錶誤動作等事故。 本文對汽輪機軸系震動故障進行了分析。
一、轉子品質不平衡引起的軸系破壞
根據機組大量運行經驗、振動故障診斷實踐， 國內外軸系破壞事故調查結果歸納， 轉子品質不平衡是汽輪發電機組最常見的振動故障， 它約占故障總數的80%。
隨著製造廠加工， 裝配精度以及電廠檢修品質的提高，
（一）轉子品質不平衡的特徵
汽輪發電機組轉子的品質不平衡產生的原因有三個：原始不平衡、轉動過程中的部件飛脫、鬆動以及轉子的熱彎曲， 其中原始不平衡是主要原因。
1、原始品質不平衡
原始品質不平衡指的是轉子開始轉動之前在轉子上已經有的不平衡。
這種不平衡的特點除了上面介紹的振幅和相位的常規特徵外， 它的最顯著特徵是“穩定”， 這個穩定是指在一定的轉速下振動特徵穩定， 振幅和相位受機組參數影響不大， 與升速或帶負荷的時間延續沒有直接的關聯， 也不受啟動方式的影響。
2、轉動部件飛脫和鬆動
汽輪發電機組振動發生轉動部件飛脫可能有葉片、圍帶、拉金以及平衡品質塊；發生鬆動的部件可能有轉子線圈、槽楔、聯軸器等。
飛脫時產生的工頻振動是突發性的， 在數秒內以某一瓦振或軸振為主， 振幅迅速增大到一個固定值，
轉動部件損壞飛脫， 對轉子將產生不平衡力衝擊， 激起瞬態回應， 待瞬態回應消失後， 有可能還會產生穩定的不平衡振動。 穩定的不平衡振動能否產生， 是由飛脫部件結構決定的。 部件的碎裂飛脫， 一般只激起瞬態回應， 不會產生穩態的不平衡振動。
3、轉子熱彎曲
轉子熱彎曲引起的品質不平衡的主要特徵是工頻振動隨時間的變化， 隨機組參數的提高和高參數下執行時間的延續， 工頻振幅逐漸增大， 相位也隨之緩慢變化， 一定時間內這種變化趨緩， 基本保持不變。 存在熱彎曲的轉子降速過程的振幅，
新機轉子的熱彎曲一般來自材質熱應力。 這種熱彎曲是固有的， 可重複的， 因而可用平衡的方法處理。 有時運行原因也會導致熱彎曲， 如汽缸進水、進冷空氣、動靜摩擦等。 只要沒有使轉子發生永久朔性變行， 這類熱彎曲都是可以恢復的， 引起熱彎曲的根源消除後， 工頻振動大的現象也會隨之自行消失。
二、動靜摩擦
汽輪發電機組轉動部件與靜止部件的碰摩是運行中常見故障。 隨著現代機向著高性能、高效率發展、動靜間隙變小， 碰摩的可能性隨之增加。
碰摩使轉子產生非常複雜的振動，
因此對汽輪發電機組碰摩的診斷和預報無疑會有效地提高運行的安全性， 防止重大事故發生。
（一）機組動靜碰磨起因
機組動靜碰磨通常是由於轉軸振動過大。引起轉子臨界轉速下轉軸振動過大的原因：
1、轉子存在穩定的一階不平衡。
轉子原來不平衡較大，或存在彎曲，機組每次啟停，在臨界轉速下都會產生顯著振動，這種不平衡量值和方向雖是穩定的，但當軸封間隙較小時，會引起轉軸徑向碰磨，而使轉子一階不平衡顯著增大。
2、轉子殘留熱彎曲。
機組啟動前和運行中轉子都可能產生明顯的熱彎曲，前者啟動中發生較大振動，後者在帶負荷和停機過程中發生較大振動，兩者都會使轉軸產生碰磨而形成彎軸。
轉子殘留熱彎曲啟動，一方面使轉子產生顯著的一階不平衡，另一方面使轉子中部晃擺值增大，在正常的軸封間隙下，也會使轉軸發生碰磨，當轉速接近臨界轉速時，因共振放大和碰磨重點與熱彎曲高點相同，可使轉子中部撓曲迅速擴大，使轉軸碰磨很快進入晚期。
（二）機組動靜碰摩的診斷方法
機組動靜碰摩的現場診斷是一項難度比較大的技術。因為如果認為發生了碰摩，常常需要開缸處理，工作量較大，這就要求診斷的高準確性。
現有的診斷方法主要還是根據振幅、頻譜和軸心軌跡。碰摩的確定，還需要瞭解機組安裝或大修中的情況，查閱有關的間隙記錄。這些在診斷過程可以有機的結合起來，提高診斷的準確性。
但要注意，由於高中壓缸都是雙層缸，有的機組低壓缸也是雙層缸，通流部分的碰摩很難傳出來，只有軸端汽封的碰摩聲比較容易聽到。因而，不能片面地將某一種方法的結論作為是否發生碰摩的決定性判據。
三、汽流激振
汽流激振通常發生在高參數機組的高壓轉子上，特別是超臨界機組，都出現過高壓轉子軸振過大現象。
1、渦動震盪自激振動的進動方向是向前的，軌跡是圓或近似圓形。
2、振盪是隨振幅逐漸接近偏心率，自激振動的頻率接近轉子橫向的固有頻率。
汽流激振的治理：
1、增大軸頸在軸承中的偏心率；
2、增大油膜的徑向剛度；
3、改變潤滑油溫；
4、增加轉子的剛度。
四、聯軸器不對中
聯軸器不對中不對中是汽輪發電機組振動常見故障。
關於機組軸線的幾何形狀有兩個定義，一個是軸承的對中，它是指軸承內孔幾何中心在橫截面的垂直和水準方向上與轉子軸頸中心預定位置的重合程度。另一個是聯軸器的對中，也就是軸系轉子個軸線的對中。
聯軸器不對中是指相鄰兩根轉軸軸線不在同一直線上；或不是一根光滑的曲線，在聯軸器部位存在拐點或階躍點。
設計階段，根據選用的軸承，轉子的品質，軸承標高的熱變化量等確定各軸承的負荷分配，再計算確定各個軸頸中心在軸承中的偏心角和偏心率，即軸頸靜態位置。然後根據轉子的重力撓度曲線確定各軸承的揚度，供安裝時使用，同時各軸承的靜態負荷也隨之確定。
機組安裝時依照這些值對各軸承座和缸體進行找正找平，使各個軸承的靜態負荷達到預定值，同時也自然保證了軸頸中心在軸承中的位置與原定的一致。
五、轉子中心孔進油
汽輪機轉子中心孔進油在現場時有發生。造成進油的原因有兩種可能，一是中心孔探傷後油沒有及時清理乾淨，殘存在孔內；二是大軸端部堵頭不嚴，運轉起來後由於孔內外壓差使的潤滑油被逐漸吸入孔內。
中心孔有油後會使轉軸出現震動問題，它造成的震動在機理上有數種不同的說法。
一種說法認為，轉動時孔內液體轉速比轉軸低，這樣液體會產生一個比轉動頻率低，但是頻率接近轉速的次同步激振力，這個激振力和工作轉速合成後可以產生拍振或和差振動。
另一種說法認為，當轉子加熱到一定溫度時，黏附在中心孔壁上的潤滑油發生熱交換，使轉子產生不對稱溫差，轉子內壁局部被加熱或冷卻進而發生熱彎曲，所產生的不平衡品質引起振動增大。
汽機啟動的一些秘訣
汽機的啟動
通常啟動是指從靜止狀態加速到額定轉速，開始帶負荷並逐漸增加到額定負荷或一定負荷的過程。
汽輪機的啟動過程實際上是一個暖機的過程。使汽輪機各部位金屬得到充分的預熱，減小汽缸法蘭內外壁、法蘭與螺栓之聞的溫度差，減小轉子表面與中心的溫度差，從而減小金屬內部應力，使汽缸、法蘭和轉子均勻膨脹，且脹差值在安全範圍內變化，保證汽輪機內、部存在動靜間隙，避免摩擦，同時使帶負荷的速度相應提高，縮短升至額定負荷時所需要的時間，達到節約能源的目的。
啟動的基本原則：
各金屬部件溫升、溫差、脹差等都應控制在允許範圍內，以減小熱變形和熱應力，並在保證安全的條件下盡可能縮短啟動時間。
汽輪機啟動時，經常會遇到暖管速度控制不佳而導致金屬溫度上升過快或過慢的問題，並且間或出現溫度突變、真空抽吸不及時、沖轉後振動大和上下缸溫度差過大等現象，這些在一定程度上影響發電機組安全運行，嚴重時會導致機組不能順利並網。
為了合理縮短啟動時間，減少機組啟動時的安全隱患，同時兼顧運行經濟性，總結以下幾種優化汽機啟動的方法供參考。
暖管階段
1.暖管是為了對金屬管壁進行均勻加熱，防止金屬溫度上升過快而造成管道內外壁，特別是閥門三通等部件，產生相當大的熱應力，使管道及其附件產生裂紋或出現變形。所以，低壓暖管時，必須根據金屬管壁溫度上升的速度逐漸提高蒸汽壓力。
2.管壁溫度上升的速度還與通入管道的蒸汽流量有關，蒸汽流量過大，會使管道部件的加熱過於劇烈，故低壓曖管時還應注意調節總汽水門或疏水門的開度，以控制蒸汽流量，使之不致過大。
3.在整個暖管過程中，應嚴格按照規程規定控制升溫、升壓速度。
沖轉階段的真空度
機組沖轉時要求：主蒸汽溫度在450℃左右，真空度在6kPa以上。
1.冷態額定參數啟動時，在主蒸汽溫度達到100℃時應開始抽真空，此時軸封來汽管道可進行同步暖管，這樣可在主蒸汽參數達到沖轉條件時真空度也達到要求值。必須窪意的是：軸封送汽過早，軸封段的轉子因受熱時間過長而膨脹，使脹差增加或使上下缸溫度差增大；軸封送汽過遲，將使凝汽囂的真空度達不到沖轉條件，延長了啟動時間。所以冷態額定參數啟動時，應選擇合適的時間向軸封供汽，通常在真空度為10~20kPa時向軸封供汽，必要時啟動2台射水泵以提高真空的抽吸速度。
2.沖轉過程中。汽輪機的真空度應由脹差值和機組溫度上升速度來決定，一般來說，以6~80 kPa為宜．並網後低負荷暖機時可適當提高真空度。沖轉過程中真空度不能過低也不能過高，真空度過低，則需較多的新蒸汽才能衝動轉子，而過多的乏氣突然排至凝汽器，凝汽器汽側壓力瞬間升高較多，可能使凝汽器汽側形成正壓。造成後汽缸上膜式安全門損壞，同時也會給汽缸和轉子造成較大的熱衝擊；真空度過高，不僅要延長建立真空的時問．也因為通過汽輪機的蒸汽量過少，放熱係數小。使得汽輪機加熱緩慢，轉速也不易穩定，從而延長啟動時間。
泵的啟動
1.凝結水泵作為重要的輔助設備。其耗電量是極大的。在軸封沒有送汽前，啟動凝結水泵可以說是浪費電，但向軸封送汽抽真空時。為了保護軸封加熱器，此時應及時起泵運行。
2.對於發電機冷卻水泵，只要在沖轉前啟動。讓發電機定子、轉子均勻進水即可，過早啟動也是沒有意義的，因為並網前發電機線圈是沒有熱量產生的，不需要對其冷卻降溫。
加熱器的啟動
高、低壓加熱器隨機啟動能使加熱器受熱均勻，有利於防止銅管脹口漏水，防止加熱器因熱應力過大而變形。對於汽輪機來講，連接加熱器的抽氣管道是從下汽缸接出的，加熱器隨機啟動，也就等於增加了汽缸疏水點，使上下缸的溫度差減小（具體原因已在往期有過說明）。但是在汽輪機啟動過程中有時會遇到下缸溫度高於上缸溫度的情況。這種情況經常出現在過臨界之後到低負荷暖機的階段，極大地延長了暖機的時間，甚至有可能出現溫度差超出允許值(50℃)的情況。若溫度差超出允許值，則通常是停機，等溫度降下來後再重新沖轉，並延長暖機時間。顯然在這種情況下高、低壓加熱器是不能夠隨機啟動的。所以，高、低壓加熱器的啟動應視具體情況而定，而不能一律採用隨機啟動的方式。
法蘭加熱裝置的投用
正確使用法蘭螺栓加熱裝置有利於控制汽缸膨脹，達到降低脹差、提高升速加負荷的速度的目的。
機組沖轉後，最先接觸到蒸汽的金屬溫度上升得較快，而整個金屬溫度的升高則主要靠傳熱，因此汽缸法蘭內外受熱不均勻，容易在上下汽缸問、汽缸法蘭內外壁、法蘭與螺栓問產生較大的熱應力。同時汽缸、法蘭的變形易導致動靜摩擦和機組振動，嚴重時造成設備損壞。故汽輪機沖轉後應根據汽缸、法蘭溫度的具體情況投用法蘭螺栓加熱裝置。
脹差的控制
脹差允許變化範圍較小，為-1.5~4mm，在汽輪機啟動過程中容易出現脹差增大到接近規定值的情況，這時經常採取延長暖機時間或降低蒸汽參數的方法來控制脹差。顯然延長暖機時間不利於機組的經濟啟動。
具體方法有開啟真空破壞門和調整迴圈水量兩種方法。開啟真空破壞門能有效地降低真空度。真空度的降低將直接影響汽輪機進汽量和排氣溫度的變化，而排汽溫度的升高使得後汽缸的膨脹加大。這種變化將有效地控制機組脹差的正向增長。也就是說在允許的範圍內，儘量以較低真空度來沖轉，這樣有利於控制脹差，也有利於暖機。
機組動靜碰磨通常是由於轉軸振動過大。引起轉子臨界轉速下轉軸振動過大的原因：
1、轉子存在穩定的一階不平衡。
轉子原來不平衡較大，或存在彎曲，機組每次啟停，在臨界轉速下都會產生顯著振動，這種不平衡量值和方向雖是穩定的，但當軸封間隙較小時，會引起轉軸徑向碰磨，而使轉子一階不平衡顯著增大。
2、轉子殘留熱彎曲。
機組啟動前和運行中轉子都可能產生明顯的熱彎曲，前者啟動中發生較大振動，後者在帶負荷和停機過程中發生較大振動，兩者都會使轉軸產生碰磨而形成彎軸。
轉子殘留熱彎曲啟動，一方面使轉子產生顯著的一階不平衡，另一方面使轉子中部晃擺值增大，在正常的軸封間隙下，也會使轉軸發生碰磨，當轉速接近臨界轉速時，因共振放大和碰磨重點與熱彎曲高點相同，可使轉子中部撓曲迅速擴大，使轉軸碰磨很快進入晚期。
（二）機組動靜碰摩的診斷方法
機組動靜碰摩的現場診斷是一項難度比較大的技術。因為如果認為發生了碰摩，常常需要開缸處理，工作量較大，這就要求診斷的高準確性。
現有的診斷方法主要還是根據振幅、頻譜和軸心軌跡。碰摩的確定，還需要瞭解機組安裝或大修中的情況，查閱有關的間隙記錄。這些在診斷過程可以有機的結合起來，提高診斷的準確性。
但要注意，由於高中壓缸都是雙層缸，有的機組低壓缸也是雙層缸，通流部分的碰摩很難傳出來，只有軸端汽封的碰摩聲比較容易聽到。因而，不能片面地將某一種方法的結論作為是否發生碰摩的決定性判據。
三、汽流激振
汽流激振通常發生在高參數機組的高壓轉子上，特別是超臨界機組，都出現過高壓轉子軸振過大現象。
1、渦動震盪自激振動的進動方向是向前的，軌跡是圓或近似圓形。
2、振盪是隨振幅逐漸接近偏心率，自激振動的頻率接近轉子橫向的固有頻率。
汽流激振的治理：
1、增大軸頸在軸承中的偏心率；
2、增大油膜的徑向剛度；
3、改變潤滑油溫；
4、增加轉子的剛度。
四、聯軸器不對中
聯軸器不對中不對中是汽輪發電機組振動常見故障。
關於機組軸線的幾何形狀有兩個定義，一個是軸承的對中，它是指軸承內孔幾何中心在橫截面的垂直和水準方向上與轉子軸頸中心預定位置的重合程度。另一個是聯軸器的對中，也就是軸系轉子個軸線的對中。
聯軸器不對中是指相鄰兩根轉軸軸線不在同一直線上；或不是一根光滑的曲線，在聯軸器部位存在拐點或階躍點。
設計階段，根據選用的軸承，轉子的品質，軸承標高的熱變化量等確定各軸承的負荷分配，再計算確定各個軸頸中心在軸承中的偏心角和偏心率，即軸頸靜態位置。然後根據轉子的重力撓度曲線確定各軸承的揚度，供安裝時使用，同時各軸承的靜態負荷也隨之確定。
機組安裝時依照這些值對各軸承座和缸體進行找正找平，使各個軸承的靜態負荷達到預定值，同時也自然保證了軸頸中心在軸承中的位置與原定的一致。
五、轉子中心孔進油
汽輪機轉子中心孔進油在現場時有發生。造成進油的原因有兩種可能，一是中心孔探傷後油沒有及時清理乾淨，殘存在孔內；二是大軸端部堵頭不嚴，運轉起來後由於孔內外壓差使的潤滑油被逐漸吸入孔內。
中心孔有油後會使轉軸出現震動問題，它造成的震動在機理上有數種不同的說法。
一種說法認為，轉動時孔內液體轉速比轉軸低，這樣液體會產生一個比轉動頻率低，但是頻率接近轉速的次同步激振力，這個激振力和工作轉速合成後可以產生拍振或和差振動。
另一種說法認為，當轉子加熱到一定溫度時，黏附在中心孔壁上的潤滑油發生熱交換，使轉子產生不對稱溫差，轉子內壁局部被加熱或冷卻進而發生熱彎曲，所產生的不平衡品質引起振動增大。
汽機啟動的一些秘訣
汽機的啟動
通常啟動是指從靜止狀態加速到額定轉速，開始帶負荷並逐漸增加到額定負荷或一定負荷的過程。
汽輪機的啟動過程實際上是一個暖機的過程。使汽輪機各部位金屬得到充分的預熱，減小汽缸法蘭內外壁、法蘭與螺栓之聞的溫度差，減小轉子表面與中心的溫度差，從而減小金屬內部應力，使汽缸、法蘭和轉子均勻膨脹，且脹差值在安全範圍內變化，保證汽輪機內、部存在動靜間隙，避免摩擦，同時使帶負荷的速度相應提高，縮短升至額定負荷時所需要的時間，達到節約能源的目的。
啟動的基本原則：
各金屬部件溫升、溫差、脹差等都應控制在允許範圍內，以減小熱變形和熱應力，並在保證安全的條件下盡可能縮短啟動時間。
汽輪機啟動時，經常會遇到暖管速度控制不佳而導致金屬溫度上升過快或過慢的問題，並且間或出現溫度突變、真空抽吸不及時、沖轉後振動大和上下缸溫度差過大等現象，這些在一定程度上影響發電機組安全運行，嚴重時會導致機組不能順利並網。
為了合理縮短啟動時間，減少機組啟動時的安全隱患，同時兼顧運行經濟性，總結以下幾種優化汽機啟動的方法供參考。
暖管階段
1.暖管是為了對金屬管壁進行均勻加熱，防止金屬溫度上升過快而造成管道內外壁，特別是閥門三通等部件，產生相當大的熱應力，使管道及其附件產生裂紋或出現變形。所以，低壓暖管時，必須根據金屬管壁溫度上升的速度逐漸提高蒸汽壓力。
2.管壁溫度上升的速度還與通入管道的蒸汽流量有關，蒸汽流量過大，會使管道部件的加熱過於劇烈，故低壓曖管時還應注意調節總汽水門或疏水門的開度，以控制蒸汽流量，使之不致過大。
3.在整個暖管過程中，應嚴格按照規程規定控制升溫、升壓速度。
沖轉階段的真空度
機組沖轉時要求：主蒸汽溫度在450℃左右，真空度在6kPa以上。
1.冷態額定參數啟動時，在主蒸汽溫度達到100℃時應開始抽真空，此時軸封來汽管道可進行同步暖管，這樣可在主蒸汽參數達到沖轉條件時真空度也達到要求值。必須窪意的是：軸封送汽過早，軸封段的轉子因受熱時間過長而膨脹，使脹差增加或使上下缸溫度差增大；軸封送汽過遲，將使凝汽囂的真空度達不到沖轉條件，延長了啟動時間。所以冷態額定參數啟動時，應選擇合適的時間向軸封供汽，通常在真空度為10~20kPa時向軸封供汽，必要時啟動2台射水泵以提高真空的抽吸速度。
2.沖轉過程中。汽輪機的真空度應由脹差值和機組溫度上升速度來決定，一般來說，以6~80 kPa為宜．並網後低負荷暖機時可適當提高真空度。沖轉過程中真空度不能過低也不能過高，真空度過低，則需較多的新蒸汽才能衝動轉子，而過多的乏氣突然排至凝汽器，凝汽器汽側壓力瞬間升高較多，可能使凝汽器汽側形成正壓。造成後汽缸上膜式安全門損壞，同時也會給汽缸和轉子造成較大的熱衝擊；真空度過高，不僅要延長建立真空的時問．也因為通過汽輪機的蒸汽量過少，放熱係數小。使得汽輪機加熱緩慢，轉速也不易穩定，從而延長啟動時間。
泵的啟動
1.凝結水泵作為重要的輔助設備。其耗電量是極大的。在軸封沒有送汽前，啟動凝結水泵可以說是浪費電，但向軸封送汽抽真空時。為了保護軸封加熱器，此時應及時起泵運行。
2.對於發電機冷卻水泵，只要在沖轉前啟動。讓發電機定子、轉子均勻進水即可，過早啟動也是沒有意義的，因為並網前發電機線圈是沒有熱量產生的，不需要對其冷卻降溫。
加熱器的啟動
高、低壓加熱器隨機啟動能使加熱器受熱均勻，有利於防止銅管脹口漏水，防止加熱器因熱應力過大而變形。對於汽輪機來講，連接加熱器的抽氣管道是從下汽缸接出的，加熱器隨機啟動，也就等於增加了汽缸疏水點，使上下缸的溫度差減小（具體原因已在往期有過說明）。但是在汽輪機啟動過程中有時會遇到下缸溫度高於上缸溫度的情況。這種情況經常出現在過臨界之後到低負荷暖機的階段，極大地延長了暖機的時間，甚至有可能出現溫度差超出允許值(50℃)的情況。若溫度差超出允許值，則通常是停機，等溫度降下來後再重新沖轉，並延長暖機時間。顯然在這種情況下高、低壓加熱器是不能夠隨機啟動的。所以，高、低壓加熱器的啟動應視具體情況而定，而不能一律採用隨機啟動的方式。
法蘭加熱裝置的投用
正確使用法蘭螺栓加熱裝置有利於控制汽缸膨脹，達到降低脹差、提高升速加負荷的速度的目的。
機組沖轉後，最先接觸到蒸汽的金屬溫度上升得較快，而整個金屬溫度的升高則主要靠傳熱，因此汽缸法蘭內外受熱不均勻，容易在上下汽缸問、汽缸法蘭內外壁、法蘭與螺栓問產生較大的熱應力。同時汽缸、法蘭的變形易導致動靜摩擦和機組振動，嚴重時造成設備損壞。故汽輪機沖轉後應根據汽缸、法蘭溫度的具體情況投用法蘭螺栓加熱裝置。
脹差的控制
脹差允許變化範圍較小，為-1.5~4mm，在汽輪機啟動過程中容易出現脹差增大到接近規定值的情況，這時經常採取延長暖機時間或降低蒸汽參數的方法來控制脹差。顯然延長暖機時間不利於機組的經濟啟動。
具體方法有開啟真空破壞門和調整迴圈水量兩種方法。開啟真空破壞門能有效地降低真空度。真空度的降低將直接影響汽輪機進汽量和排氣溫度的變化，而排汽溫度的升高使得後汽缸的膨脹加大。這種變化將有效地控制機組脹差的正向增長。也就是說在允許的範圍內，儘量以較低真空度來沖轉，這樣有利於控制脹差，也有利於暖機。