300MW汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析及對(duì)策

張偉林 羅松德

（北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)我國(guó)電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門(mén)的重要任務(wù)。汽輪機(jī)由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。機(jī)事故以及導(dǎo)致軸承座松動(dòng)、基礎(chǔ)甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，分析找出汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因并制定解決方案非常重要，是保證機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 火電廠300MW汽輪機(jī)常見(jiàn)異常振動(dòng)的分析及解決對(duì)策

1.1 油膜震蕩

1.1.1 產(chǎn)生的原因分析

油膜自激震蕩是由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸承油膜上高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，喪失穩(wěn)定性的結(jié)果。穩(wěn)定時(shí)，轉(zhuǎn)軸是圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)失穩(wěn)后。一方面轉(zhuǎn)軸圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面該軸線本身還圍繞平衡點(diǎn)渦動(dòng)。軸線的渦動(dòng)頻率總保持大約等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，故又稱(chēng)半速渦動(dòng)。當(dāng)半速渦動(dòng)的渦動(dòng)速度同轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速相重合時(shí)，半速渦動(dòng)被共振放大，就表現(xiàn)為激烈的振動(dòng)。油膜振動(dòng)具有下列特征：

①油膜震蕩一經(jīng)發(fā)生，振幅便很快的增加，使機(jī)組產(chǎn)生激烈振動(dòng)。這種振動(dòng)隨著轉(zhuǎn)速的升高，振幅并不減小。失穩(wěn)而半速渦動(dòng)可能較早。而油膜震蕩則總是在2倍于第一臨界轉(zhuǎn)速之后出現(xiàn)。

②油膜震蕩時(shí)，振動(dòng)的主頻率約等于發(fā)電機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速，且不隨轉(zhuǎn)速升高而改變。

③發(fā)生油膜震蕩時(shí)，振幅將不只是于轉(zhuǎn)速一致的工頻振動(dòng)，而且還有低頻分量。

④發(fā)生油膜震蕩的軸承，頂軸油壓也發(fā)生劇烈擺動(dòng)，軸承內(nèi)有明顯的金屬撞擊聲。

⑤油膜震蕩嚴(yán)重時(shí)，仔細(xì)觀察可以看到主軸的外露部分在顫動(dòng)。

1.1.2 故障解決措施

在機(jī)組出現(xiàn)油膜震蕩時(shí)，可采用以下解決對(duì)策：

①增加軸瓦比壓。

②減小軸瓦頂部間隙或增大上軸瓦軸承合金的寬度。

③減小軸頸與軸瓦的接觸角，一般可減小至 300～400。

④降低潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度。例如提高油溫或選用粘度較小的潤(rùn)滑油等。

⑤用平衡的方法將轉(zhuǎn)子原有不平衡分量降得很少。

1.2 汽流激振

1.2.1 產(chǎn)生的原因分析

汽流激振類(lèi)振動(dòng)有以下特點(diǎn)：a、汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷超過(guò)某一負(fù)荷點(diǎn)，軸振動(dòng)立即急劇增加；如果降負(fù)荷低于負(fù)荷點(diǎn)，振動(dòng)立即迅速減小。b、強(qiáng)烈振動(dòng)的頻率約等于或低于高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速。c、汽流激振一般為正向渦動(dòng)。d、發(fā)生汽流激振的部位在高壓轉(zhuǎn)子或再熱中壓轉(zhuǎn)子段。

其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來(lái)流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振；對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長(zhǎng)，氣體在葉片末端膨脹產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。

1.2.2 故障解決對(duì)策

針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間(一年以上)記錄每次機(jī)組振動(dòng)的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線變化情況。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開(kāi)產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式避免汽流激振。

1.3 轉(zhuǎn)子熱彎曲

1.3.1 產(chǎn)生原因分析

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)起機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。當(dāng)彎曲的作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減小發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。

1.3.2 故障解決措施

針對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動(dòng)，沒(méi)有了振動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)。

1.4 摩擦振動(dòng)

1.4.1 產(chǎn)生原因分析

摩擦振動(dòng)的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號(hào)的主頻仍為工頻。但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長(zhǎng)。渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。

1.4.2 故障解決對(duì)策

平時(shí)定時(shí)對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行維護(hù)，并對(duì)留意是否存在不和諧的機(jī)件摩擦聲，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì)相應(yīng)機(jī)件進(jìn)行維修或更換，避免因摩擦振動(dòng)引起的機(jī)組運(yùn)行故障。

2 對(duì)汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障原因查詢(xún)的幾點(diǎn)建議

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常是運(yùn)行中最常見(jiàn)的故障之一，其發(fā)生的原因是多方面的，也是十分復(fù)雜的，與制造、安裝、檢修和運(yùn)行水平有直接關(guān)系。發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，建議從以下幾方面分析判斷。

2.1 振動(dòng)的頻率是1X、2X、1/2X等，振動(dòng)的相位是否有變化及相鄰相位的關(guān)系。例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)有下列現(xiàn)象：升速時(shí)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動(dòng)大，振動(dòng)的頻率主要是1X，振動(dòng)的相位一般不變化及相鄰相位出現(xiàn)相同或相反，且重復(fù)性好。

2.2 與負(fù)荷的關(guān)系，其可能原因有：滑銷(xiāo)系統(tǒng)不良；基礎(chǔ)不均勻的下沉：主蒸汽管路布置不當(dāng)，在熱膨脹時(shí)汽缸施加了作用力；其他不正常的熱變形引起機(jī)組中心線發(fā)生變化等。

結(jié)語(yǔ)

300MW汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。汽輪機(jī)異常振動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不可避免的故障，同時(shí)也是較為常見(jiàn)的故障。在進(jìn)行此類(lèi)故障排除時(shí)，不能急于拆解機(jī)組，首先要根據(jù)故障特征進(jìn)行故障分析，確定故障點(diǎn)后查看機(jī)組維修記錄，確認(rèn)故障點(diǎn)零部件情況。如故障點(diǎn)零部件為剛剛檢修過(guò)并更換，因再次確認(rèn)故障點(diǎn)，確認(rèn)為改點(diǎn)后進(jìn)行拆解。一般來(lái)講短期內(nèi)進(jìn)過(guò)維護(hù)保養(yǎng)的部件出現(xiàn)故障的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)的部件。因此，在進(jìn)行汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析時(shí)要格外注意。許多情況時(shí)需要維修人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷的，加強(qiáng)企業(yè)汽輪機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)人員培訓(xùn)，提高維修人員素質(zhì)及專(zhuān)業(yè)技能時(shí)提高汽輪機(jī)故常排除效率的最佳途徑。只有保證汽輪機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，才能確保電廠安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行工作，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)利益。

[1]趙瑞林.關(guān)于發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的分析[J].工業(yè)科技，2005（8）.

[2]王東炎.發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)排除[J].機(jī)械工業(yè)，2007（12）.

[3]陳有利.發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)故障檢測(cè)與排除[J].電力信息，2005（12）.

[4]艾欣芳.發(fā)電機(jī)組檢修技術(shù)手冊(cè)[J].機(jī)械研究與分析，2006（4）.