汽輪發(fā)電機(jī)組振動的影響因素分析

寇順福

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動的影響因素分析

寇順福

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動是機(jī)組運(yùn)行的重要參數(shù)之一，機(jī)組振動的大小是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)，重點(diǎn)從設(shè)計制造、安裝檢修和運(yùn)行3個方面分析了影響汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動的因素，并提出了相應(yīng)的對策措施，以防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

汽輪發(fā)電機(jī)組；振動；設(shè)計制造

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組振動的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動過大或者異常的原因有很多，既有設(shè)計制造方面的原因，也有安裝和檢修方面的原因，還有運(yùn)行等方面的原因。

1 設(shè)計制造方面

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個高速旋轉(zhuǎn)的部件，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合則會產(chǎn)生一個離心力，這個離心力會對軸承產(chǎn)生一個激振力，進(jìn)而引起機(jī)組振動。如果這個離心力過大，則機(jī)組的振動就會異常。所以，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每裝配一級葉片都應(yīng)該對該級葉片進(jìn)行動平衡試驗，整個轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對其進(jìn)行低速和高速動平衡試驗，以確保將轉(zhuǎn)子的不平衡量控制在一個合格的范圍內(nèi)。

在制造過程中，產(chǎn)生汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量較大的原因主要是機(jī)械加工精度不高和裝配工藝質(zhì)量較差，因此，只有提高機(jī)械加工精度、保證工藝裝配質(zhì)量，才能保證轉(zhuǎn)子的原始不平衡量較小。另外，如果機(jī)組的設(shè)計不當(dāng)也會引起機(jī)組的振動。例如：在設(shè)計階段，如果機(jī)組的支持軸承選取不當(dāng)，其穩(wěn)定性較差，那么汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極小的不平衡量也會引起機(jī)組較大的振動。軸承的油膜形成不好也極易誘發(fā)油膜振蕩而產(chǎn)生振動。

2 安裝和檢修方面

汽輪發(fā)電機(jī)組在安裝和檢修過程中的工藝質(zhì)量對機(jī)組振動的影響非常大，根據(jù)對現(xiàn)場機(jī)組振動的分析，很多汽輪發(fā)電機(jī)組的振動過大都是由于安裝和檢修不當(dāng)引起的。針對現(xiàn)場的安裝和檢修情況，下面重點(diǎn)介紹對機(jī)組振動有明顯影響的幾個因素。

2.1 軸承標(biāo)高

不管是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標(biāo)高不在設(shè)計要求范圍內(nèi)，那么轉(zhuǎn)子兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理。負(fù)荷較輕的一邊，軸瓦內(nèi)的油膜將會形成不好或者根本不能形成，這樣就會誘發(fā)機(jī)組的自激振動、油膜振動和汽流激振等；而負(fù)荷較重的一邊，則會出現(xiàn)軸瓦溫度升高，當(dāng)軸瓦烏金溫度達(dá)到一定值時，很容易產(chǎn)生烏金過熱現(xiàn)象，從而造成機(jī)組的振動。

因此，在汽輪發(fā)電機(jī)組大修或者安裝時，應(yīng)該根據(jù)制造廠家的技術(shù)要求，再結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況對機(jī)組軸承標(biāo)高進(jìn)行認(rèn)真調(diào)整。因為制造廠家提供的數(shù)據(jù)是根據(jù)機(jī)組冷態(tài)時的情況再綜合一般機(jī)組受熱后膨脹的情況得出的，而各臺機(jī)組的實(shí)際情況不盡相同，因此受熱后的膨脹也不完全一樣，所以機(jī)組軸承標(biāo)高調(diào)整必須結(jié)合各機(jī)組的實(shí)際情況。

2.2 軸承自身特性

軸承自身特性，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等，對機(jī)組的振動也會產(chǎn)生影響。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機(jī)組振動超標(biāo)。軸承的連接情況主要對軸承剛度產(chǎn)生影響，若軸承剛度不夠，則在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓緊固。在現(xiàn)場，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于連接螺栓未緊固而引起振動的現(xiàn)象。

2.3 機(jī)組中心

機(jī)組中心包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。

如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起氣流激振、電磁激振或動靜碰磨。若發(fā)生碰磨，則會使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動。當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)圓不同心、端面瓢偏、連接螺栓緊力明顯不對稱時，即使圓周和端面中心數(shù)據(jù)調(diào)整得很正確，也會使軸系不同心和不平直。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸系同心度和平直度會直接影響振動的激振力，進(jìn)而引起機(jī)組的振動。

2.4 滑銷系統(tǒng)

不論是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，因此使用滑銷系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)組膨脹。當(dāng)滑銷系統(tǒng)因某種原因而卡澀時，機(jī)組的膨脹就會受到限制，從而引起機(jī)組產(chǎn)生較大的振動，嚴(yán)重時將導(dǎo)致不能開機(jī)或引起動靜碰磨，造成更大的破壞。由于現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)因膨脹受到限制而無法開機(jī)的情況，在檢修和安裝期間應(yīng)該對此情況高度重視。

2.5 動靜間隙

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和汽、軸封之間以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機(jī)內(nèi)效率會降低；當(dāng)汽輪機(jī)與軸封之間的間隙過大時，可能會引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時，同樣會影響發(fā)電機(jī)的效率。但是，如果它們之間的間隙過小，則會引起動靜碰磨，從而使機(jī)組的振動超標(biāo)。因此合理調(diào)整隔板汽封、端部汽封以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙非常重要。

2.6 轉(zhuǎn)子結(jié)垢

機(jī)組在大修期間，一般都要對汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢進(jìn)行清理，在進(jìn)行除垢時應(yīng)該保證除垢方法的正確性，同時要對整個轉(zhuǎn)子進(jìn)行除垢，否則可能會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生新的質(zhì)量不平衡。

2.7 轉(zhuǎn)子中心孔

現(xiàn)代汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大軸大都留有中心孔，在中心孔兩端用堵頭封堵，在檢修期間如果不慎讓異物(包括油、水等)進(jìn)入中心孔，則在轉(zhuǎn)子回裝復(fù)原后開機(jī)，機(jī)組就可能會出現(xiàn)振動異常的現(xiàn)象。

2.8 活動部件

檢修期間如果有活動部件進(jìn)入汽輪機(jī)，大修后開機(jī)，活動部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機(jī)葉片，從而造成嚴(yán)重的事故，并引發(fā)機(jī)組振動。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)存在活動部件，一方面可能會引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路，另一方面可能會引起機(jī)組振動的不穩(wěn)定，給機(jī)組振動的診斷帶來困難。

3 運(yùn)行方面

機(jī)組的振動除了與上述的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況有很大的關(guān)系。

3.1 機(jī)組膨脹

機(jī)組的膨脹受其滑銷系統(tǒng)制約。即使滑銷系統(tǒng)本身不存在問題，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。例如，在開機(jī)過程中，若機(jī)組的暖機(jī)時間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的使用壽命；另一方面會引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時，極易引起機(jī)組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動。

3.2 潤滑油溫

軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性決定了機(jī)組振動的大小，當(dāng)軸頸穩(wěn)定性太差時，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的另一個重要因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還與潤滑油油溫有關(guān)。潤滑油油溫應(yīng)控制在一個合理的范圍內(nèi)，過高或過低都會對油膜的形成產(chǎn)生不利影響。

3.3 軸封進(jìn)汽溫度

每個軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸封進(jìn)汽溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對軸承標(biāo)高的影響和對端部汽封處動靜間隙的影響。

3.4 機(jī)組真空和排汽缸溫度

機(jī)組真空和排汽缸溫度相輔相成，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn)生影響。

3.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流

當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生熱量，這部分熱量會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時，膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身膨脹不均時，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均而產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡。

此外，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象，該處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量聚積而膨脹較大，與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，從而形成動態(tài)的質(zhì)量不平衡。

3.6 斷葉片

當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化。這種情況在現(xiàn)場有時可能不會被察覺，因為振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化，而現(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片現(xiàn)象的發(fā)生，除了在設(shè)計制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧┩?，在運(yùn)行中增減機(jī)組負(fù)荷時還應(yīng)盡量平穩(wěn)。

4 結(jié)束語

總之，機(jī)組的振動情況是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來，不少機(jī)組因振動大而拖延了投產(chǎn)期和檢修期。對生產(chǎn)運(yùn)行來說，接收了振動符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動監(jiān)督，對振動監(jiān)測做到制度化、經(jīng)?；?，在機(jī)組振動突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時，要及時果斷地將機(jī)組停運(yùn)，以防止損壞擴(kuò)大，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

1 李業(yè)堂．1 000 MW直接空冷汽輪機(jī)振動保護(hù)動作分析與處理[J]．電力安全技術(shù)，2013(10)．

2014-03-24。

寇順福(1983-)，男，助理工程師，主要從事汽機(jī)運(yùn)行方面的工作，email：koushunfuyouxiang@163.com。