淺析汽輪發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)原因

全小龍

（中電建湖北電力建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430038）

當(dāng)前為了保證城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力企業(yè)的發(fā)電的穩(wěn)定性，在強(qiáng)化發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行方面進(jìn)行了大量的探索。例如在汽輪機(jī)組日常運(yùn)行的工作中為了規(guī)避設(shè)備發(fā)生故障，采取了預(yù)防性措施和應(yīng)對(duì)性措施結(jié)合起來加以維護(hù)。這是發(fā)電廠維護(hù)工作擔(dān)負(fù)的重要內(nèi)容，目的是保護(hù)穩(wěn)定的發(fā)電供應(yīng)。因此一旦出現(xiàn)事故隱患，就要立即尋找原因予以解決。

1 汽輪發(fā)電機(jī)工作原理

汽輪發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)在發(fā)電廠故障中屬于較為常見的故障。對(duì)于這一原因，故障原因進(jìn)行檢查分析和論證，將發(fā)電廠的維護(hù)改造創(chuàng)新應(yīng)用在汽輪機(jī)異常震動(dòng)上，這對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。圍繞汽輪機(jī)異常產(chǎn)生的原因展開分析，并根據(jù)各類原因找到相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策汽輪發(fā)電機(jī)組中的汽輪機(jī)是一種可以將蒸汽）行機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換的機(jī)械設(shè)備。在發(fā)電機(jī)組中，汽輪機(jī)屬于重要設(shè)備組成之一，在運(yùn)行中有時(shí)會(huì)被當(dāng)做壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置予以運(yùn)用。按照汽輪機(jī)的功能原理進(jìn)行分析，當(dāng)蒸汽進(jìn)入鍋爐之后，最終轉(zhuǎn)換到技能基礎(chǔ)。其實(shí)蒸汽會(huì)按照一定次序從機(jī)組中的動(dòng)葉中，同時(shí)解放蒸汽本身的熱能加以轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)生機(jī)械能在汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割磁力，使電能源源不斷地產(chǎn)生。

2 汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)包括了葉輪主軸、葉片等部分。通常包含了轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分2 個(gè)部分。靜止部分包括了軸承隔板汽封，靜葉的轉(zhuǎn)動(dòng)部分則包括連軸承葉輪主軸和運(yùn)動(dòng)葉片的在高溫和高壓條件下，以較高的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作，是汽輪機(jī)的主要工作模式。汽輪機(jī)的主要設(shè)備，配套包括了發(fā)電機(jī)鍋爐凝氣裝置等，屬于兼并型重型機(jī)械設(shè)備。在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，由于采用高壓和高溫進(jìn)行運(yùn)行，因此汽輪機(jī)的功率比傳統(tǒng)的往復(fù)式蒸汽機(jī)大。在計(jì)算機(jī)的運(yùn)行中，安全性是第一要?jiǎng)?wù)。因?yàn)檎w的高速流動(dòng)具有連續(xù)性，單位面積產(chǎn)生的蒸汽流量非常大，在運(yùn)行中一旦發(fā)生事故，就會(huì)導(dǎo)致蒸汽溫度和壓力的泄漏，尤其是大功率的汽輪機(jī)，熱效率非常高，因此對(duì)于汽輪機(jī)的運(yùn)行安全耐用性和可靠性的研究從未中斷。伴隨著當(dāng)前科技水平不斷提高，汽輪機(jī)在整體性能上已經(jīng)顯現(xiàn)出十分優(yōu)良的狀態(tài)。各大熱電廠都在汽輪機(jī)的安全維護(hù)上下大力氣進(jìn)行重點(diǎn)工作。

3 汽輪發(fā)電機(jī)常見故障分析

在汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)本身的工作原理，在內(nèi)外因素的影響下，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列的故障。例如設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，每個(gè)關(guān)鍵部分都會(huì)影響模塊的正常運(yùn)行。幾種異常振動(dòng)是普遍存在的現(xiàn)象。由于汽輪機(jī)的模塊部分包含了油質(zhì)模塊等，各個(gè)環(huán)節(jié)都要受到氣壓和氣溫的影響，因此不同的功能設(shè)備在介質(zhì)的作用下，可能會(huì)影響模塊的運(yùn)行。通過對(duì)汽輪機(jī)汽流激振特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基礎(chǔ)處在一定負(fù)荷的時(shí)候，尤其是經(jīng)過一個(gè)長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間，如不加以合理維護(hù)，則就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)在氣溫氣壓的作用下出現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)變化。例如隨著生效復(fù)合的優(yōu)化，在曲線的變化過程中，汽輪機(jī)組經(jīng)過了范圍的分析和應(yīng)用，通過對(duì)機(jī)組異常震動(dòng)情況的分析，得到了轉(zhuǎn)子熱表型特征，通過對(duì)特征的分析，發(fā)現(xiàn)有利于轉(zhuǎn)子功能模塊的控制，在溫度和蒸汽的影響下出現(xiàn)了參數(shù)的變化，影響了各個(gè)模塊的有效運(yùn)行。轉(zhuǎn)子發(fā)生了熱變形，導(dǎo)致頻率震動(dòng)，次數(shù)開始增大，內(nèi)部的材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)變之后，一系列的熱變形。在受到彎曲變形的影響之后產(chǎn)生了機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)模塊的改變，從而產(chǎn)生一系列的轉(zhuǎn)子熱變形情況。工作過程不同，但是最終導(dǎo)致的異常振動(dòng)現(xiàn)象是相同的。進(jìn)行彎曲彈力的控制，滿足離心力的工作需要，在保證控制前提下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的減少，進(jìn)行不同相互作用的抵消，保證優(yōu)化。這需要將材質(zhì)加以控制，保證轉(zhuǎn)軸不會(huì)發(fā)生變化，從而一系列的措施導(dǎo)致發(fā)生振動(dòng)，異?，F(xiàn)象開始出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子失去了有效平衡性，在轉(zhuǎn)軸彎曲的控制下，無法保證專注，振幅不會(huì)發(fā)生減少轉(zhuǎn)速，也不能防止公平震動(dòng)的出現(xiàn)。

通過摩擦特點(diǎn)的試驗(yàn)，對(duì)于轉(zhuǎn)子熱彎曲情況進(jìn)行分析，結(jié)論是發(fā)生振動(dòng)與振動(dòng)信號(hào)的主頻密切相關(guān)的，是受到非線性和沖擊模塊的影響，導(dǎo)致高頻分量發(fā)生。振幅在發(fā)生摩擦的時(shí)候急劇增大，導(dǎo)致波動(dòng)特性的振幅和相位出現(xiàn)。如果摩擦嚴(yán)重時(shí)，波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)。同時(shí)停機(jī)后即便是撞擊靜止測(cè)量，大幅度的晃度也會(huì)比原始運(yùn)行狀態(tài)明顯更大，震動(dòng)較正常速度時(shí)還要高。對(duì)于汽輪機(jī)在正常運(yùn)行中出現(xiàn)震動(dòng)的情況，必須找到其原因，對(duì)于蒸汽真空軸承，氣溫的溫度的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和揭示。

在汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生聲音的時(shí)候，立即進(jìn)行傾聽，就能注意到潤(rùn)滑油溫和油壓等發(fā)生了異常，此時(shí)如果發(fā)現(xiàn)有摩擦傷，立即停機(jī)檢查，如振動(dòng)較大，則通過降低負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的方法，直到能恢復(fù)正常，保持轉(zhuǎn)速和負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)行負(fù)荷的增大和提速。如果依然無法保持震動(dòng)，可以立即進(jìn)行原因的查明，并進(jìn)行停機(jī)的大范圍檢查，找到原因后才能重新啟動(dòng)。各個(gè)汽輪機(jī)在正常運(yùn)行過程中，出現(xiàn)非常長(zhǎng)振動(dòng)，應(yīng)采取降低負(fù)荷的方法，判斷震動(dòng)和異響是否是其他原因造成。

在機(jī)組本身無異常的情況下，如果振動(dòng)過于強(qiáng)烈，且伴隨有金屬摩擦聲，必須采取破壞真空緊急停機(jī)的方式，針對(duì)熱變形的故障進(jìn)行處理，更換新的轉(zhuǎn)折，以減低機(jī)組異常振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)力產(chǎn)生之后，幾乎不會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)，此時(shí)對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行維護(hù)，并且注意是否存在不和諧的機(jī)械摩擦聲，確保問題被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免因?yàn)槟Σ烈鸬臋C(jī)組故障繼續(xù)加大。

4 案例分析

某大型煉油企業(yè)中以汽輪機(jī)作為發(fā)電為原動(dòng)力，為了維護(hù)裝置穩(wěn)定操作，減少故障率，進(jìn)行了汽輪機(jī)振動(dòng)等原因，以及故障的解決，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)振動(dòng)的發(fā)生與裝置操作和運(yùn)行是有關(guān)系的。常見故障包含了汽輪機(jī)組的異常震動(dòng)，這是由于受到多方面的影響，油質(zhì)、油溫和本體的設(shè)備運(yùn)行等發(fā)生介質(zhì)異常，就會(huì)引發(fā)異常振動(dòng)。針對(duì)這一情況，在300MW 汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)的問題上進(jìn)行具體分析，經(jīng)過專家組和技術(shù)人員的集中考證，找到了造成振動(dòng)的原因。首先維修組針對(duì)地方汽輪機(jī)振動(dòng)，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)性大修。經(jīng)過停機(jī)檢修之后發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子懸掛在轉(zhuǎn)子端物的，這極易造成震動(dòng)。將汽輪機(jī)解體之后發(fā)現(xiàn)螺栓例句和勵(lì)磁機(jī)電數(shù)Y 原單部百度測(cè)試表的數(shù)值與安裝質(zhì)量要求不符。

為了盡快消除振動(dòng)，對(duì)電子平衡塊進(jìn)行了重新的實(shí)驗(yàn)，通過3 次增減短平衡塊的方法，使得振動(dòng)明顯降低。同時(shí)并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行之后，啟動(dòng)了帶負(fù)荷的振動(dòng)測(cè)試值，發(fā)現(xiàn)最終導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)的原因集中在點(diǎn)數(shù)部分。另外還發(fā)現(xiàn)了氣沉積存在熱變形和膨脹不均勻的情況。每當(dāng)進(jìn)入夏季高溫的時(shí)候，汽輪機(jī)的溫度出現(xiàn)了明顯提高，導(dǎo)致了汽輪機(jī)振動(dòng)發(fā)生明顯變化。對(duì)于振動(dòng)進(jìn)行跟蹤結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)無空負(fù)荷的變化對(duì)于汽輪機(jī)振動(dòng)影響較大。

經(jīng)過一段運(yùn)行之后，汽輪機(jī)的外部振動(dòng)會(huì)再次出現(xiàn)，通過配套調(diào)試后，調(diào)整溫度和無功負(fù)荷運(yùn)行，振動(dòng)值出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)降低的情況，維持此種運(yùn)行。對(duì)汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠運(yùn)動(dòng)，在超過允許值的范圍內(nèi)進(jìn)行了改善。例如對(duì)容易引起動(dòng)靜摩擦的部分進(jìn)行偏磨，對(duì)于容易產(chǎn)生過大的動(dòng)應(yīng)力的地方，以及容易產(chǎn)生疲勞損壞的地方，加大氣封和油封間的間隙的處理。對(duì)于緊固件的松脫和鍛煉，例如地腳螺栓的松動(dòng)和鍛煉進(jìn)行加固，使用定子鐵芯墊片和定子繞組絕緣，將短路情況進(jìn)行回避。

按照汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承振動(dòng)數(shù)值，在不合理的范圍內(nèi)進(jìn)行防止振動(dòng)處理。經(jīng)過檢修發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)的軸頸處有劃痕，計(jì)算機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子或汽缸前后軸封有磨損，而汽輪機(jī)在轉(zhuǎn)子連接的剪切銷釘上，經(jīng)過檢修，發(fā)現(xiàn)中心高低差，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。聯(lián)合有關(guān)人員進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試，轉(zhuǎn)組匝間短路故障錄波，經(jīng)過檢查，沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的項(xiàng)目和故障。由于軸承下部局部受損，因此在轉(zhuǎn)子連接的間隙進(jìn)行了重新制作和更換，將定子繞組端部模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)施。

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)值保持合格。發(fā)電機(jī)定子調(diào)整墊片，使用多個(gè)鐵皮墊子進(jìn)行疊加。發(fā)電機(jī)由階梯上布置，改為不銹鋼墊片布置，對(duì)發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行中心的調(diào)整。關(guān)鍵點(diǎn)在于轉(zhuǎn)折點(diǎn)端部。由于勵(lì)磁電機(jī)故障對(duì)發(fā)電機(jī)的振動(dòng)影響較大，因此安裝過程中嚴(yán)格要求安裝電數(shù)后轉(zhuǎn)動(dòng)傳子，使用外圓跳動(dòng)偏差調(diào)整的方法，保證汽輪機(jī)底座邊緣和智庫(kù)能夠配合好，避免發(fā)射機(jī)裝片。同時(shí)判斷是否屬于電磁方面的原因，觀察三相電線電流是否平衡。同時(shí)觀察粒子電流對(duì)振動(dòng)的影響，確定機(jī)械方面的原因，如果原因是由于機(jī)械方面的原因?qū)е拢迷谄啓C(jī)和發(fā)電機(jī)軸承部分故障排除的方法加以解決。

5 結(jié)語

經(jīng)過機(jī)組檢修和安裝后，嚴(yán)格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝進(jìn)行調(diào)整，在合格的范圍內(nèi)，盡量避免因?yàn)殄e(cuò)誤安裝和失誤調(diào)試導(dǎo)致質(zhì)量問題發(fā)生，以保證汽輪機(jī)在合理的維護(hù)中保持穩(wěn)定運(yùn)行。