淺談三菱燃機(jī)450MW（M701F4）機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的振動(dòng)對(duì)熱控設(shè)備的危害及應(yīng)對(duì)方法

摘 要：近幾年，我國(guó)對(duì)火電廠的環(huán)保要求越來越高，燃?xì)廨啓C(jī)在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展，三菱燃機(jī)M701F4機(jī)組在我國(guó)燃機(jī)建設(shè)中占有較大的比例，該型燃機(jī)日常頻繁啟停，管道內(nèi)介質(zhì)工況多變，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械跟隨變負(fù)荷運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)、管系的振動(dòng)和高、中、低旁的投運(yùn)時(shí)，蒸汽在排汽端發(fā)出巨大的噪音，相互疊加、傳遞。熱控設(shè)備分布、依附在各類管道和機(jī)械設(shè)備上，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，會(huì)引起安裝底座位移、連接件松脫、縮短控制板卡元器件的工作時(shí)間等。本文主要討論三菱燃機(jī)現(xiàn)場(chǎng)主設(shè)備的振動(dòng)對(duì)熱控設(shè)備的危害和應(yīng)對(duì)方法，保證熱控設(shè)備的效能，旨在為燃機(jī)電廠熱控設(shè)備的管理提供有價(jià)值的建議和改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠；管道振動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)械；熱控設(shè)備；危害；應(yīng)對(duì)方法

1 前言

管系振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)和工作介質(zhì)高速流（水錘、紊流）是燃機(jī)電廠常見的振動(dòng)現(xiàn)象，難以完全消除，長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致安裝在主設(shè)備上的熱控測(cè)點(diǎn)（探頭）連接件松動(dòng)，熱控設(shè)備與支架的固定部位發(fā)生碰磨，加劇熱控設(shè)備的失效，引發(fā)主設(shè)備的故障，降低了燃機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。管系振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)均是自激振動(dòng)，機(jī)組啟停過程，工質(zhì)在管道內(nèi)流速快速變化，旋轉(zhuǎn)機(jī)械負(fù)載不同，振動(dòng)頻率和幅值也不同，附屬的熱控設(shè)備在安裝支撐力和共振力的作用下，輕則在安裝孔處滲漏，重則導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。我公司兩臺(tái)燃機(jī)投運(yùn)以來，因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)大，造成十幾臺(tái)（個(gè)）熱控設(shè)備故障，經(jīng)濟(jì)損失十余萬元，振動(dòng)引起熱控設(shè)備頻繁損壞已成為當(dāng)前不可忽視的問題。目前，我們采用多種應(yīng)對(duì)方法，增強(qiáng)熱控設(shè)備與主設(shè)備的連接剛度，積極聯(lián)系機(jī)務(wù)降低自激振動(dòng)的幅度和頻次，減輕管系振動(dòng)的傳播，保證熱控設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

2 燃機(jī)電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備振動(dòng)來源分析

2.1管系振動(dòng)：來源于工質(zhì)在管道內(nèi)的流動(dòng)和脈動(dòng)，介質(zhì)流過彎頭、閥門、異型管、熱控測(cè)點(diǎn)安裝開孔，管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，振動(dòng)沿著管道擴(kuò)散，當(dāng)管內(nèi)有水汽沖擊時(shí)更加明顯[1]。振動(dòng)的大小與管系支吊架、介質(zhì)流速、阻尼、安裝元件在管道中的相對(duì)位置有關(guān)，介質(zhì)流速變化是振動(dòng)的主要來源。

2.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械帶起的振動(dòng)：旋轉(zhuǎn)設(shè)備工況良好，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，設(shè)備相對(duì)振動(dòng)平和，極端的情況多發(fā)生在設(shè)備的啟停過程中，泵的水錘或壓氣機(jī)的喘振的振動(dòng)，危害設(shè)備的正常運(yùn)行，傷及熱控設(shè)備。振動(dòng)的大小、持續(xù)性與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、軸系的潤(rùn)滑度、惡劣工況、軸系的中心對(duì)位、介質(zhì)流速等因素相關(guān)[2]。

2.3燃機(jī)啟停時(shí)引起的振動(dòng)：機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)頻率相對(duì)固定，振動(dòng)在允許范圍內(nèi)。機(jī)組啟停過程的振動(dòng)是變頻、變幅的，特別是低壓缸排汽和各級(jí)旁路調(diào)閥后紊亂的蒸汽流，產(chǎn)生的振動(dòng)劇烈，破壞力大[3]。燃機(jī)排氣段的強(qiáng)迫振動(dòng)和低壓缸排汽段高速汽流，制造出的噪聲讓人難以忍受[4]。振動(dòng)大小、作用時(shí)間與機(jī)組的啟動(dòng)方式、環(huán)境溫度、各級(jí)旁路閥的開度、介質(zhì)的壓力溫度流速、主設(shè)備的固有頻率等因素相關(guān)。

3 熱控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)方法和實(shí)例

我公司兩臺(tái)三菱M701F4燃機(jī)自2017年4月投運(yùn)以來，至今年5月，按損壞設(shè)備的類型分，溫度元件12支、壓力表計(jì)針型閥3只、電（氣）動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制板卡5塊、壓力表8只、緊固連接件十幾處。為了保護(hù)設(shè)備穩(wěn)定工作，保證機(jī)組安全運(yùn)行，我們采用以下幾種方法。

3.1增加儀表管的固定支架和管卡[5]。改變儀表管的振動(dòng)頻率，減緩振動(dòng)沿管路傳播，現(xiàn)場(chǎng)安裝空間條件具備的，可將熱控設(shè)備的位置遷移至低振動(dòng)區(qū)域。此方法已應(yīng)用在燃機(jī)頂軸油泵、控制油泵、燃?xì)鈮毫ψ兯推骺刂乒駜?nèi)等部位。

3.2改變溫度元件的安裝方式。將高振動(dòng)區(qū)域的溫度元件安裝方式由熱套式改為卡套式[5]，消除熱電偶芯彈簧力和管系的共振、蒸汽流激振。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)烈的振動(dòng)引起測(cè)點(diǎn)芯引線根部斷裂、接線瓷盤破碎，見圖1左上。安裝方式的改變還能防止豎直朝上的位置破碎的零部件落入溫度元件的安裝孔內(nèi)。此改進(jìn)方案主要應(yīng)用在余熱鍋爐主汽溫度、燃機(jī)高（中）壓旁路出口溫度、TCA（燃機(jī)透平空氣冷卻系統(tǒng)）至凝汽器回水溫度等位置。圖1的左下和右側(cè)圖是TCA（燃機(jī)透平空氣冷卻系統(tǒng)）至凝汽器回水溫度測(cè)點(diǎn)改進(jìn)前后對(duì)比，延長(zhǎng)的鎧裝尾端還能減緩振動(dòng)，防止安裝盲管磨損后，內(nèi)部高溫高壓蒸汽從測(cè)點(diǎn)芯噴出。

3.3電（氣）動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元和機(jī)械驅(qū)動(dòng)單元的分體分設(shè)。提高振動(dòng)大區(qū)域執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抗震能力，將儀用空氣至氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛性連接改為不銹鋼氣源軟管擾性連接，增大氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自由振動(dòng)的裕度，消除剛性連接對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的拉扯力，新加裝氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣動(dòng)控制組件支撐座，防止管道大幅激振造成連接件折斷。圖2左上：長(zhǎng)期振動(dòng)引發(fā)高旁壓力調(diào)閥氣動(dòng)組件在運(yùn)行中斷裂。圖2右側(cè)兩圖：執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造前后的對(duì)比圖。

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元與電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)分體安裝，兩者之間通過線纜連接，保持原有的電氣特性。分設(shè)后，管系震蕩不直接作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制板卡連接件和電子元器件，另一好處是控制單元能夠工作在振動(dòng)小、環(huán)境溫度較低的場(chǎng)所[5]，延長(zhǎng)了電子元器件的使用壽命。燃機(jī)現(xiàn)場(chǎng)高振動(dòng)區(qū)域的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)后，效果良好。圖3：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分體安裝的前后對(duì)比。

3.4連接件螺紋硅酮膠或生漆膠封，防止振動(dòng)引起螺口退行松動(dòng)。主要應(yīng)用于燃機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)的熱控設(shè)備。

4 結(jié)束語

燃機(jī)振動(dòng)大區(qū)域的熱控溫度測(cè)點(diǎn)、壓力表計(jì)、執(zhí)行器等設(shè)備的減振措施的落實(shí)，增強(qiáng)了熱控設(shè)備抵御現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)的能力，要想根本解決問題，需相關(guān)專業(yè)的配合，總結(jié)有以下幾種做法：

（1）振動(dòng)大管道上的溫度測(cè)點(diǎn)由熱套式改為卡套連接，因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)插深的變化，可能會(huì)使測(cè)量精度略有下降，但大幅提高了溫度測(cè)點(diǎn)的使用壽命。增加儀表管的支吊架和管卡可減緩管系振動(dòng)的傳播。連接件螺紋涂硅酮膠或生漆，能防止螺口松動(dòng)。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元與電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)分體安裝，要保證電氣性能和設(shè)備的連接密封，改動(dòng)時(shí)，要充分考慮各專業(yè)檢修的便利，分體安裝是消除振動(dòng)效果較好的方法。

（3）管道和旋轉(zhuǎn)機(jī)械是振動(dòng)的主要來源，要聯(lián)合相關(guān)專業(yè)，降低管道和旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)幅度和劇烈振動(dòng)的頻次，減少振動(dòng)來源，減輕現(xiàn)場(chǎng)主設(shè)備的振動(dòng)對(duì)熱控設(shè)備的傷害。要邀請(qǐng)?jiān)O(shè)備制造廠研制耐震、適應(yīng)燃機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工況的熱控設(shè)備，降低檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和檢修費(fèi)用。

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作者簡(jiǎn)介：

張東良（1970.11-），漢，男，江蘇丹陽人，本科，工程師，江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司，研究方向是：火電熱控。