汽輪機(jī)振動(dòng)故障的原因分析與處理

董圣鍇

摘要：汽輪發(fā)電機(jī)組是電廠系統(tǒng)中重要的設(shè)備。汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電力負(fù)荷情況，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)整個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生直接影響。因此，電力企業(yè)為了維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提出對(duì)汽輪機(jī)的養(yǎng)護(hù)，在此過程中電力企業(yè)也會(huì)提升自己在本行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力度。本文就汽輪機(jī)振動(dòng)故障的原因分析與處理展開探討。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);振動(dòng)監(jiān)測(cè);故障原因;故障排除措施

引言

汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中不可避免存在或大或小的振動(dòng)，振動(dòng)在正常范圍內(nèi)對(duì)機(jī)組的組件不會(huì)產(chǎn)生破壞作用，但如果振動(dòng)超過一定的臨界值后，將對(duì)機(jī)組設(shè)備造成極大的危害。本文主要對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的危害及振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行簡要介紹。

1汽輪機(jī)的概述

汽輪機(jī)是一種將蒸汽能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功能的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力器械，其主要作用于發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，也可以驅(qū)使各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。世界上第一臺(tái)汽輪機(jī)是瑞典工程師瓦爾于1882年設(shè)計(jì)制造，相對(duì)西方國家，我國汽輪機(jī)的發(fā)展起步較晚，于1955年在傷害生產(chǎn)出我國第一臺(tái)汽輪機(jī)。隨著社會(huì)的發(fā)展，汽輪機(jī)的應(yīng)用逐漸增多，尤其是電力企業(yè)在我國大力發(fā)展之后，大量的汽輪機(jī)被應(yīng)用于現(xiàn)代核電站之中，汽輪機(jī)在我國應(yīng)用的增加，人們對(duì)汽輪機(jī)的質(zhì)量問題提出越來越高的要求。

2汽輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)的危害

（1）降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)機(jī)組的振動(dòng)超過規(guī)定范圍時(shí)，易造成機(jī)組汽封間隙增大，汽封間隙增大易導(dǎo)致汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性降低。（2）造成動(dòng)靜碰磨。當(dāng)機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，機(jī)組動(dòng)靜部分就會(huì)發(fā)生碰磨，會(huì)使軸封及隔板汽封產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與軸封之間的間隙過大，引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，影響機(jī)組的效率和真空。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起轉(zhuǎn)子大軸彎曲。（3）造成設(shè)備事故。當(dāng)機(jī)組振動(dòng)過大時(shí)，將影響危急遮斷器等保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)引起這些設(shè)備的誤動(dòng)作，將導(dǎo)致機(jī)組直接事故停機(jī)。（4）機(jī)組各連接部件松動(dòng)。如果機(jī)組振動(dòng)過大，容易造成與汽輪機(jī)組相連接的軸承、軸承箱、導(dǎo)汽管、主油泵等部件共振，致使連接螺栓松動(dòng)，引起重大的事故。

3汽輪機(jī)振動(dòng)故障原因

3.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

汽輪機(jī)振動(dòng)故障存在多種原因，其中最為常見的為轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡在汽輪機(jī)振動(dòng)故障中占得比例高達(dá)80%，剩下的20%也不能認(rèn)為完全與轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡沒有關(guān)系。分析轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：①材料的不均勻;②制造、設(shè)計(jì)和安裝過程出現(xiàn)偏差;③使用過程中沒有對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致材料受損。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)使轉(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線出現(xiàn)一定程度偏離，在這種情況下轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，離心力顯然難以維持平衡，必然會(huì)出產(chǎn)振動(dòng)的現(xiàn)象，從而使汽輪機(jī)發(fā)生故障。

3.2轉(zhuǎn)子熱彎曲故障

當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子將會(huì)因?yàn)槭軣岫霈F(xiàn)彎曲狀態(tài)，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)子的平衡。熱彎曲是汽輪機(jī)機(jī)組較為常見的震動(dòng)故障，而引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲的原因也有很多，在汽輪發(fā)電機(jī)之中，較為常見的熱彎曲故障有以下兩種：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因多是因?yàn)檗D(zhuǎn)子材質(zhì)的不均勻、冷卻系統(tǒng)故障等因素引起的;而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲故障卻多是由轉(zhuǎn)軸內(nèi)應(yīng)力過大、各零件間連接的不均勻等引起。

3.3液壓設(shè)備故障

液壓設(shè)備故障往往是受到汽輪機(jī)振動(dòng)故障影響，當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，液壓設(shè)備可能會(huì)因此而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象后又會(huì)反過來影響汽輪機(jī)加重振動(dòng)故障。此外，液壓設(shè)備的材質(zhì)也可能對(duì)其使用情況造成影響，材質(zhì)不均勻或者鑄造過程帶來的不易發(fā)現(xiàn)的隱患，都可能會(huì)導(dǎo)致液壓設(shè)備滲漏。液壓設(shè)備需要維持長期的運(yùn)行，長期運(yùn)行可能會(huì)使其處于超負(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致液壓設(shè)備的外殼出現(xiàn)裂痕或缺口，從而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，從而對(duì)汽輪機(jī)造成影響出現(xiàn)振動(dòng)故障。

3.4氣流激振造成振動(dòng)異常

氣流激振是引發(fā)汽輪機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)的主要因素，當(dāng)汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中受到不平衡的氣流沖擊的影響時(shí)，汽輪機(jī)將會(huì)產(chǎn)生如下狀況，其一：汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中對(duì)振動(dòng)的敏銳感應(yīng)，極易受到各種因素的影響，規(guī)律的震動(dòng)幅度增大，易發(fā)生突發(fā)性震動(dòng)。其二：在汽輪機(jī)正常工作運(yùn)行時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)較大量值的低頻分量，進(jìn)而危害汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。引發(fā)氣流激振的原因有兩方面，其一是汽輪機(jī)組受到不平衡氣流的沖擊，其二是在規(guī)模體積較大的發(fā)電機(jī)組內(nèi)部，當(dāng)末級(jí)比較長時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組的葉片膨脹末端也很可能會(huì)產(chǎn)生氣流激振，進(jìn)而引發(fā)汽輪機(jī)的異常振動(dòng)。

4汽輪機(jī)振動(dòng)故障解決措施

4.1針對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問題的解決措施

根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因分析提出以下解決措施：首先，轉(zhuǎn)子材料選擇上應(yīng)該選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求的材料，避免偷工減料等;其次，在轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、制造和安裝環(huán)節(jié)需要請(qǐng)專業(yè)的的人員和團(tuán)隊(duì)來進(jìn)行，本單位執(zhí)行人員必須具有該方面的專業(yè)素養(yǎng);然后是在使用過程中要嚴(yán)格按照相關(guān)的操作流程、操作標(biāo)準(zhǔn)和操作要求來進(jìn)行，并定期進(jìn)行設(shè)備的養(yǎng)護(hù)，防止人為原因?qū)υO(shè)備質(zhì)量平衡造成不良影響。通過全方位的努力來減少質(zhì)量不平衡因素對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)故障的影響。

4.2針對(duì)轉(zhuǎn)子熱彎曲現(xiàn)象問題的解決措施

（1）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲故障對(duì)策：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子一般工作環(huán)境在高溫高壓的蒸汽之中，若是轉(zhuǎn)子溫度的增加較為均勻，則只會(huì)引起轉(zhuǎn)子長度的增加卻不會(huì)造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，因此，在汽輪機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行熱平衡，避免轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲現(xiàn)象。（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲故障對(duì)策：當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子震動(dòng)與冷卻介質(zhì)的溫度相關(guān)聯(lián)時(shí)，運(yùn)行人員需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子通風(fēng)試驗(yàn)來確定汽輪機(jī)內(nèi)部的堵塞部位，及時(shí)進(jìn)行疏通來保證轉(zhuǎn)子的質(zhì)量;當(dāng)檢修人員懷疑轉(zhuǎn)子熱彎曲是由于繞組的局部短路或匝間短路，可以對(duì)相關(guān)聯(lián)的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，來確定短路部位，并及時(shí)修理。

4.3針對(duì)液壓設(shè)備滲漏問題的解決措施

液壓設(shè)備滲漏會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組造成影響，如果不能妥善處理發(fā)電機(jī)組就要停止運(yùn)行，這對(duì)電力企業(yè)來說會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此針對(duì)液壓設(shè)備滲漏問題，必須要有可實(shí)施的解決措施，首先企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)處理該類故障的能力，提高處理該類故障的技術(shù)水平。其次是要對(duì)液壓設(shè)備滲漏有正確的認(rèn)識(shí)，液壓設(shè)備的材料本身就是比較特殊，如果出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象采用一般的焊接技術(shù)無法達(dá)到預(yù)期的修復(fù)效果，如果企業(yè)不具有解決該類故障的能力就要考慮換掉設(shè)備，但是這樣會(huì)給企業(yè)增加成本投入，并且消耗更多時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)應(yīng)該做好故障出現(xiàn)的完全準(zhǔn)備，提前準(zhǔn)備高分子復(fù)合材料及專業(yè)人士，隨時(shí)做好處理故障的準(zhǔn)備。

4.4針對(duì)氣流激振帶來問題的解決措施

當(dāng)發(fā)電機(jī)組因各種原因產(chǎn)生氣流激振并影響汽輪機(jī)組的運(yùn)行，使其產(chǎn)生一場(chǎng)震動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員可直接根據(jù)發(fā)電機(jī)組的不同負(fù)荷進(jìn)行分析，直接調(diào)整高壓調(diào)速氣門即可，可直接消除氣流激振現(xiàn)象，避免汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)，除此外，運(yùn)行人員直接降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的升降負(fù)荷變化速率，將負(fù)荷控制在一定范圍，亦可減輕氣流激振現(xiàn)象，以此來保證汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，提升發(fā)電機(jī)的工作效率。

結(jié)語

汽輪機(jī)異常振動(dòng)是汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中不可避免的常見故障，掌握汽輪機(jī)異常振動(dòng)的特征規(guī)律，并通過各種措施將振動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)加大對(duì)機(jī)組的監(jiān)視，對(duì)于電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣國華.汽輪機(jī)振動(dòng)的原因分析及處理[D].華東理工大學(xué)，2017.

[2]席偉明.汽輪機(jī)振動(dòng)分析與診斷技術(shù)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（03）：117-119.

[3]張士杰，王冬.汽輪機(jī)振動(dòng)故障的原因及處理[J].城市建設(shè)理論研究，2014（13）.

[4]王彥江，孫華麗，韓恩，等.汽輪機(jī)振動(dòng)故障分析及處理[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，32（5）：55.

[5]趙利永，姜建強(qiáng)，王鋒.淺議汽輪機(jī)組的振動(dòng)故障和處理、保護(hù)措施[J].現(xiàn)代制造，2013（18）：57～58.

（作者單位：遼寧紅沿河核電有限公司）