電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的原因分析及措施

高劍釗

（國(guó)電南寧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣西南寧 530317）

電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的原因分析及措施

高劍釗

（國(guó)電南寧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣西南寧 530317）

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電廠機(jī)械設(shè)備的可靠度和安全性問題愈發(fā)突出，從而加快了對(duì)機(jī)械設(shè)備故障原因分析及措施的研究。在電廠系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機(jī)組是電力生產(chǎn)的重要設(shè)備。一般情況下，電廠汽輪機(jī)普遍存在振動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的這種振動(dòng)現(xiàn)象在一定范圍內(nèi)是可以允許的，但超過臨界值的振動(dòng)卻會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)產(chǎn)生極大的安全隱患。本文較為系統(tǒng)的對(duì)電廠汽輪機(jī)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)解決措施，為未來發(fā)展提供新方向。

汽輪機(jī)；振動(dòng)；原因分析；措施

1 引言

電力系統(tǒng)作為支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)的能源之一，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要作用。對(duì)于發(fā)電廠維護(hù)部門而言，其主要任務(wù)就是保障城市經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展以及為居民提供穩(wěn)定用電，加強(qiáng)汽輪發(fā)電機(jī)日常保養(yǎng)和維護(hù)工作。電廠汽輪發(fā)電機(jī)，在正常運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)是無法避免的，那么對(duì)于此種普遍存在的蔗農(nóng)現(xiàn)象該如何解決呢？下面系統(tǒng)闡述汽輪機(jī)振動(dòng)機(jī)理和控制措施。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)特點(diǎn)分析

汽輪機(jī)的振動(dòng)特性體現(xiàn)在當(dāng)其首次啟動(dòng)加速到超過其臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，根據(jù)軸承振動(dòng)的大小來推斷汽輪機(jī)是否發(fā)生故障。如果情況良好，那么可以推斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和拖帶機(jī)組的轉(zhuǎn)子目前處在平衡狀態(tài)，軸承沒有任何損壞。如果汽輪機(jī)停止運(yùn)作后對(duì)汽輪機(jī)的末級(jí)葉輪進(jìn)行配重，要保證其空載狀態(tài)，控制其空轉(zhuǎn)速在3000rad/min左右，同時(shí)把下軸承基頻振動(dòng)降至安全線以下，然后再進(jìn)行操作。再次發(fā)動(dòng)機(jī)組的配置后，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將，調(diào)整軸承的垂直振動(dòng)至15μm，此時(shí)帶負(fù)荷達(dá)到20MW時(shí)，其振動(dòng)保持恒定。當(dāng)振動(dòng)升至91.7μm時(shí)，此時(shí)必須及時(shí)打閘停機(jī)，并且大軸的擾度要比開機(jī)的時(shí)候大100。進(jìn)行第三次啟動(dòng)時(shí)，后汽封溫度升至300℃時(shí)，且在90.7μm的時(shí)候，應(yīng)打閘和停機(jī)。汽輪機(jī)機(jī)組在整個(gè)啟動(dòng)過程中產(chǎn)生突增的振動(dòng)，會(huì)引起監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警，這意味著汽輪機(jī)發(fā)生了逐漸惡化的故障。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析

汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)故障的原因有很多，無論是設(shè)計(jì)制造階段、運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)階段，甚至安裝、檢測(cè)運(yùn)行管理等過程中都有可能引發(fā)汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象，且這些影響因素之間又互相聯(lián)系、互相影響。通常來說，汽輪機(jī)在剛開啟或停止過程中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的振動(dòng)。因?yàn)槠啓C(jī)在開啟和停止時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過這個(gè)臨界值后，振動(dòng)又恢復(fù)到正常振動(dòng)范圍內(nèi)。除了以上影響因素，總體來說，電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的原因可以歸結(jié)到兩方面，即汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引起的振動(dòng)和由于機(jī)組中心不正而引發(fā)的振動(dòng)。

3.1 由于設(shè)計(jì)安裝等因素引起振動(dòng)

當(dāng)前由于受到技術(shù)上的限制，在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)階段，不管是構(gòu)件的加工工藝和精度都不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，尤其是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，很多情況下都不符合規(guī)范要求的精度，因此導(dǎo)致在低速平穩(wěn)和高速試驗(yàn)過程中不符合試驗(yàn)要求，造成轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)生一側(cè)離心力，致使汽輪機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)。其次如果結(jié)構(gòu)設(shè)過程中的零部件無法和汽輪機(jī)配件之間相匹配時(shí)，也會(huì)造成汽輪機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)。

汽輪機(jī)振動(dòng)情況也直接受到汽輪機(jī)安裝工藝的精度的影響。在選擇軸承的強(qiáng)度、剛度和預(yù)緊力時(shí)，需要根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求，從而保證汽輪機(jī)中心的同心度。要各個(gè)零部件之間的間隙不宜過小也不能太大，過小會(huì)造成各零部件之間相互接觸產(chǎn)生磨損，太大則會(huì)引起零部件之間相互碰撞。在汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，除了零部件之間會(huì)產(chǎn)生一定膨脹外，連接銷系統(tǒng)中也會(huì)出現(xiàn)類似問題，當(dāng)潤(rùn)滑油的量不能起到潤(rùn)滑的作用時(shí)，汽輪機(jī)機(jī)組就會(huì)產(chǎn)生變形，導(dǎo)致振動(dòng)異常引發(fā)汽輪機(jī)出現(xiàn)故障。

3.2 由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引發(fā)振動(dòng)

（1）汽輪機(jī)運(yùn)行中葉片脫落、折斷以及出現(xiàn)不均勻磨損、結(jié)垢、腐蝕，都會(huì)使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)質(zhì)量不平衡現(xiàn)象。比如汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組松動(dòng)或不平衡等，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。由于上述兩方面原因，當(dāng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量不平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周就會(huì)受到一次因質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心沖擊力，這種離心力周期作用產(chǎn)生的結(jié)果就是產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）軸承油膜不穩(wěn)定或被破壞而產(chǎn)生振動(dòng)。油膜不穩(wěn)定或遭到破壞，將會(huì)使軸瓦烏金很快被燒毀，導(dǎo)致軸頸因受熱發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。

（3）振動(dòng)由于轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲引起。轉(zhuǎn)子被彎曲時(shí)，即使不會(huì)引起汽輪機(jī)動(dòng)靜部件之間產(chǎn)生摩擦，也會(huì)引起一定程度的振動(dòng)。從振動(dòng)所屬的特性來看，和因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生振動(dòng)的情況類似，兩者差別在于這種振動(dòng)最顯著特性表現(xiàn)為軸向振動(dòng)，特別是轉(zhuǎn)速超過臨界值時(shí)，其軸向振幅的增大趨勢(shì)更加明顯。

（4）受到水的沖擊引起振動(dòng)。當(dāng)蒸汽中帶水進(jìn)入輪機(jī)內(nèi)，產(chǎn)生水沖擊力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向推力增大以及產(chǎn)生較大的不平衡扭力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，甚至燒毀推力瓦。

（5）由于汽輪機(jī)內(nèi)部各個(gè)零部件之間發(fā)生摩擦而引起振動(dòng)。工作葉片和導(dǎo)向葉片相互摩擦，以及錯(cuò)誤的安裝通流部分或軸向間隙留置不夠，以及推力軸承工作有誤和安裝不當(dāng)、葉片隔板彎曲、葉片變形、軸頸或軸承烏金側(cè)向間隙太小等等，都會(huì)導(dǎo)致摩擦的產(chǎn)生，引發(fā)振動(dòng)。

3.3 由于機(jī)組在運(yùn)行中心不正而引發(fā)振動(dòng)

（1）汽輪機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須要留出足夠的時(shí)間進(jìn)行暖機(jī)活動(dòng)，不能加負(fù)荷太快，也不能升速過快，升速或加負(fù)荷速度過快，都會(huì)導(dǎo)致汽缸受熱不均勻引發(fā)膨脹現(xiàn)象?；蛘哒{(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)卡澀滑銷情況，造成汽缸自由膨脹收縮受限，以上因素均會(huì)導(dǎo)致在汽缸作用下轉(zhuǎn)子發(fā)生不恰當(dāng)?shù)耐嵝?，機(jī)組產(chǎn)生不正常的錯(cuò)位，從而引發(fā)振動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)全程跟蹤追擊其各軸承的振動(dòng)，一旦出現(xiàn)不正常聲音，要立刻關(guān)掉閘門、打開機(jī)器進(jìn)行檢查。

（2）如果機(jī)組在運(yùn)行過程中進(jìn)行真空下降的運(yùn)動(dòng)，那么就會(huì)使得排汽溫度升高，并使后軸承發(fā)生上抬現(xiàn)象，這就導(dǎo)致機(jī)組的中心發(fā)生破壞，引發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生。

（3）間隙振蕩。當(dāng)轉(zhuǎn)子因某種原因與汽缸不同心時(shí)，可能產(chǎn)生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩。

（4）機(jī)組維修后靠背輪安裝存在一定問題。由于在安裝過程中機(jī)組中心對(duì)位不準(zhǔn)確，因而運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，并且此振動(dòng)隨負(fù)荷的變化而變化，負(fù)荷越大，振動(dòng)也會(huì)相應(yīng)增加。

（5）如果機(jī)組在進(jìn)入的溫度超過設(shè)計(jì)規(guī)范限度的情況下運(yùn)行，就會(huì)使汽缸的脹差和變形發(fā)生嚴(yán)重變化。比如在向上抬高高壓軸封這種情況下，機(jī)組的中心發(fā)生的軸向錯(cuò)位就會(huì)超過原來限度，引起機(jī)組振動(dòng)。

4 解決措施

由于汽輪機(jī)振動(dòng)故障的存在，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)組正常的運(yùn)行受到影響，因此需要根據(jù)故障現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來對(duì)振動(dòng)故障進(jìn)行深入的分析，并采取切實(shí)可行的解決措施。

4.1 設(shè)置智能化監(jiān)測(cè)措施

設(shè)計(jì)并安裝軸承振動(dòng)測(cè)量裝置和大軸振動(dòng)測(cè)量裝置是用于監(jiān)視機(jī)組的振動(dòng)情況的有效措施。對(duì)正常檢測(cè)困難點(diǎn)安設(shè)傳感器設(shè)備，方便檢測(cè)振動(dòng)情況。當(dāng)振動(dòng)不在允許值范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)報(bào)告工作異常點(diǎn)。同時(shí)合理有序的安排管理人員，及時(shí)對(duì)發(fā)出警報(bào)汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行處理措施，防止損壞擴(kuò)大，以免產(chǎn)生安全事故。加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)督必不可少，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)做到經(jīng)常化和制度化，必須在機(jī)組振動(dòng)突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時(shí)，果斷及時(shí)地將機(jī)組停運(yùn)，杜絕擴(kuò)大損壞。

4.2 剛度檢測(cè)是重中之重

①在進(jìn)行汽輪機(jī)數(shù)據(jù)采集后，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)處理數(shù)據(jù)，并對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做出判斷。技術(shù)人員還應(yīng)掌握機(jī)組工作剛度范圍、共振條件和剛度極值點(diǎn)，做到人不離機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防患未然。另外，必須要對(duì)機(jī)組進(jìn)行帶負(fù)荷和空載試運(yùn)行。②為保障汽輪機(jī)順利運(yùn)行，降低異常振動(dòng)概率，新安裝或維修后的機(jī)組必須經(jīng)過帶負(fù)荷和空載試運(yùn)行，測(cè)試密封、汽封、滑銷系統(tǒng)等，以上指標(biāo)均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才能投入運(yùn)行。

4.3 安裝振動(dòng)保護(hù)裝置

汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和振動(dòng)監(jiān)視以及由其所組成的信號(hào)警報(bào)系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，是保障汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。機(jī)組應(yīng)安裝智能化振動(dòng)保護(hù)設(shè)備，當(dāng)智能化檢測(cè)裝置檢測(cè)出振動(dòng)超過極限值時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，通過脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)保護(hù)控制電路自動(dòng)切斷電路關(guān)閉主汽門，實(shí)行緊急停機(jī)。與此同時(shí)，技術(shù)人員采取解決措施保護(hù)機(jī)組設(shè)備的安全。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。同時(shí)保障汽輪機(jī)的安全監(jiān)視和保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性也必不可少。

5 結(jié)束語

綜上所述，汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)不僅會(huì)對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重危害，甚至?xí)?duì)阻礙整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的正常供電。所以，我們必須采取科學(xué)有效的措施來降低甚至避免異常振動(dòng)。在對(duì)機(jī)組進(jìn)行接收之前，應(yīng)對(duì)嚴(yán)格測(cè)試機(jī)組的振動(dòng)情況，測(cè)試結(jié)果在允許范圍內(nèi)，方可投入生產(chǎn)運(yùn)行。其次，在機(jī)組正常運(yùn)作過程中，要經(jīng)常對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行制度化檢測(cè)，一旦檢測(cè)到異常振動(dòng)，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)采取相應(yīng)解決措施，從而保障機(jī)組的正常運(yùn)行。

[1]趙強(qiáng).電廠汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及處理[M].工業(yè)技術(shù)，2011（19）：66.

[2]張宇.汽輪機(jī)組振動(dòng)故障分析及處理措施探討[M].工業(yè)技術(shù)，2014（31）：142.

[3]王朕.對(duì)電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的原因剖析及對(duì)策[M].電力與能源，2012（07）：154.

[4]李剛.電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的原因分析及保護(hù)措施[M].應(yīng)用科學(xué)，2008（01）：110.

TM621

A

1004-7344（2016）05-0223-02

2015-12-25

高劍釗（1988-），男，助理工程師，本科，從事火電廠汽機(jī)檢修工作。