熱電廠汽輪機異常振動原因及處理措施

[摘要] 汽輪機的運行穩(wěn)定狀態(tài)對電廠安全而言具有十分重要的影響，汽輪機運行中振動值的大小是評價機組運行可靠性與穩(wěn)定性的重要指標。本文介紹了熱電廠汽輪機異常振動的危害，闡述了熱電廠汽輪機異常振動故障的判斷流程，分析了熱電廠汽輪機異常振動的原因，提出了熱電廠汽輪機異常振動故障的處理措施，為汽輪機的安全穩(wěn)定運行工作提供了借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]汽輪機異常振動;危害;判斷流程;原因;處理措施

汽輪機是熱電廠三大主要設(shè)備，汽輪機的啟動是指汽輪機轉(zhuǎn)子從靜止狀態(tài)升速至額定轉(zhuǎn)速，并將負荷加到額定負荷的過程。汽輪機啟動中零部件的熱應(yīng)力和熱疲勞、轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差、機組振動變化很大，將嚴重威脅汽輪機的安全運行。因此，完善汽輪機異常振動處理措施，提高熱電廠機組運行效率具有重要的意義。

1、熱電廠汽輪機異常振動的危害

汽輪機組的振動是機組運行必須要監(jiān)測的一個非常重要的參數(shù)，因為當機組振動超過規(guī)定的范圍時，將會引起設(shè)備的損壞，甚至造成嚴重后果。如果汽輪機振動的幅度在規(guī)定的范圍內(nèi)，是不會對汽輪機的運行和熱電廠的正常工作產(chǎn)生影響的，但是當汽輪機出現(xiàn)異常振動時將會對發(fā)電機組的安全性以及熱電廠運行的經(jīng)濟效益產(chǎn)生巨大的負面影響。因而汽輪機振動也是熱電廠機械設(shè)備檢修的重要內(nèi)容。熱電廠汽輪機異常振動的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面。①當汽輪機出現(xiàn)異常振動時，過大的振動幅度有可能導(dǎo)致機組之間連接部位的零件松動，會使葉片、圍帶、葉輪等各部件的應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生很大的交變應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞而損壞，增加了機組運轉(zhuǎn)的安全隱患。②汽輪機振動過大還會增大機組支撐零件以及發(fā)電機部分的摩擦，給汽輪機的本體造成損害，導(dǎo)致汽輪機使用壽命的縮減。③汽輪機異常振動會導(dǎo)致熱電廠發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量的降低，進而影響熱電廠經(jīng)濟效益的提升。因此，機組運行中要嚴格檢測其振動值，從而避免不必要的損失。

2、熱電廠汽輪機異常振動故障的判斷流程

導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)異常振動的原因有很多，當熱電廠汽輪機異常振動故障發(fā)生時，有以下步驟進行。①首先對振動的種類進行確認。主要是對振動頻譜及外在特征進行觀察，進而將各類振動進行有序的分類。將所存在的故障的原因充分確認之后，再實施判斷措施。②先對軸承座剛度進行檢查，看是不是正常，然后對激振力故障原因進行分析。③對轉(zhuǎn)子進行檢查，檢查是不是存在不平衡力、不平衡電磁力以及平直度偏差等故障，進而對基于穩(wěn)定的普通強迫振動是否存在進行確認，最終使故障類型能夠得到有效診斷。另外，在熱電廠汽輪機的振動故障原因判斷中主要從振動頻率、振動穩(wěn)定性、振動相位變化以及相鄰軸承的相位變化來進一步作為判斷依據(jù)。具體來說，汽輪機的振動頻率主要有三種，分別為1X、2X以及1/2X，每一種振動頻率對應(yīng)不同的故障原因。而汽輪機異常振動的穩(wěn)定性主要從振動現(xiàn)象的轉(zhuǎn)速、負荷、勵磁電流強度、汽輪機表面溫度、異常振動的持續(xù)時間等參數(shù)來進行具體判斷。而振動相位的判斷主要是針對異常振動過程中振動相位是否發(fā)生變化以及變化的范圍。相鄰軸承相位的判斷則是根據(jù)相鄰軸承相位是出現(xiàn)相同或反相現(xiàn)象來進行判斷。此外，還有由于汽輪機設(shè)計不合理導(dǎo)致的異常振動。針對這一原因?qū)е碌漠惓Ｕ駝有枰ぷ魅藛T能夠深入了解機組故障點，當出現(xiàn)故障時，需要第一時間判斷是否是由于故障點產(chǎn)生的問題，如果故障問題與故障點有關(guān)，那么就需要及時對故障點進行處理。

3、熱電廠汽輪機異常振動的原因

3.1機組摩擦造成的異常振動。①由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現(xiàn)象。②發(fā)生摩擦?xí)r，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。③降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，測量大軸的晃度，比較原始值時明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。

3.2油膜振蕩引發(fā)的異常振動。汽輪機油膜對軸頸的作用力大于軸頸重力和科氏力的合力，使軸頸向上浮動，產(chǎn)生弓形渦動，伴隨著強烈的作用力集中到軸承的油膜上，慢慢的就會導(dǎo)致油膜的穩(wěn)定性降低并且開始出現(xiàn)振動的現(xiàn)象。當汽輪機開始正常運行時，旋轉(zhuǎn)的軸頸在滑動的軸承中帶動潤滑油高速流動，由于作用力與反作用力的影響，高速轉(zhuǎn)動油流就會反過來作用軸頸，最終就會產(chǎn)生一種振蕩的現(xiàn)象。

3.3轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的異常振動。轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機，并定速帶負荷階段。當機組的轉(zhuǎn)子溫度逐漸上升時，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的釋放會引發(fā)轉(zhuǎn)子的熱變形，導(dǎo)致汽輪機振幅的大幅提高，同時相位也會隨之發(fā)生變化，從而汽輪機出現(xiàn)異常振動。汽輪機組轉(zhuǎn)子熱變形的原因有很多，包括中心孔進油、氣缸進水、發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。當轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱變形后與轉(zhuǎn)子周圍部件的距離可能減小，這樣就會造成它們之間的氣壓增大，并大氣相互作用力支撐下，引發(fā)汽輪機軸承振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

3.4氣流激振導(dǎo)致的異常振動。在熱電廠運行過程中，氣流激振也是導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)異常振動的重要原因。氣流激振所引發(fā)的汽輪機振動具有以下表現(xiàn)。①氣流激振低頻分量的值會出現(xiàn)異常的增大。②在機組運行參數(shù)異常的變化及故障狀態(tài)下，汽輪機相關(guān)部分的振幅以及負荷也會出現(xiàn)增大，進而導(dǎo)致汽輪機軸承發(fā)生損傷及異常振動。其原因主要是由于葉片受到不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振。對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象，從而軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。

3.5軸承中心不正引起的異常振動。①熱電廠汽輪機啟動過程中，如暖機時間不夠，升速或加負荷太快進行時，將引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)有卡澀，使汽缸不能自由膨脹，均會使汽缸對轉(zhuǎn)子發(fā)生相對歪斜，機組產(chǎn)生不正常的位移，造成振動。②機組在運行中若真空下降，將使排汽溫度升高，后軸承上抬，因而破壞機組的中心，引起振動。③機組大修后靠背輪安裝不正確，中心沒有找準確，因而運行時產(chǎn)生振動，且此振動是隨負荷的增加而增加。

4、熱電廠汽輪機異常振動故障的處理措施

4.1機組摩擦異常振動故障的處理。摩擦振動在熱電廠汽輪機工作過程中是不可避免的，技術(shù)人員只能通過摩擦降低措施減輕摩擦振動的影響。在例行檢查汽輪機時，針對內(nèi)部的各個組件進行檢查，觀察部件之間是否存在摩擦，如果存在摩擦現(xiàn)象，確定是動摩擦還是靜摩擦，這些都要分析清楚。此外，還要注意其在工作時，是否有摩擦聲傳出，聲音在超過一定范圍時，需要對其進行檢修，并振動的頻率也要符合規(guī)定。同時，要對汽輪機摩擦力較大的連接處定期更換潤滑油，對于使用時間過長的部件要進行及時的修理或者是更換，可以通過合理的維護和保養(yǎng)，降低汽輪機部件的摩擦，降低摩擦振動的不良影響。

4.2油膜振動故障的處理。在油膜振蕩引發(fā)的汽輪機組軸承振動過程中，熱電廠相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)油膜振蕩的原理，通過提高汽輪機轉(zhuǎn)子和軸承可靠性的方法來對異常振動進行處理。①增加軸瓦比壓，有效控制油膜發(fā)生的振動。②縮小軸瓦頂部的間隙，將上軸瓦的軸承合金寬度增加，這樣能有效減少振動頻率。③將軸瓦和軸頸之間的接觸角度減少，當減少到一定范圍后，其振動就會減少。④在機組中添加合適的潤滑油是非常有必要的，潤滑油要選擇動力粘度小的，這樣使用起來對機組的正面效益最大，可以極大的促進機組的工作效率，還不會有負面影響。⑤利用平衡力原理，把設(shè)備中存在的不平衡力降到最低，當其相互平衡后，就不會發(fā)生加大位移，進而出現(xiàn)振動的概率降低。

4.3轉(zhuǎn)子熱變形振動故障的處理。由于汽輪機轉(zhuǎn)子工作區(qū)域在蒸汽區(qū)，因此熱彎曲故障的發(fā)生較為常見。針對轉(zhuǎn)子熱變形引起的汽輪機振動現(xiàn)象，可以采取以下措施。①最初的汽輪機制作過程中下功夫，在制作汽輪機時，對于汽輪機中長時間暴露在高溫環(huán)境下的部件，用耐高溫、高壓的材料來進行制作。②通過轉(zhuǎn)子的經(jīng)常更換，避免轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的汽輪機軸承異常振動。③還需要對轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)的油進行定期的清理，避免中心孔進油導(dǎo)致汽輪機轉(zhuǎn)子排氣孔有可能無法與外界相連現(xiàn)象，進而為汽輪機的穩(wěn)定運行提供保障。

4.4氣流激振故障的處理。技術(shù)人員在進行氣流激振引發(fā)的汽輪機振動故障處理中，可以適當調(diào)整不同負荷條件下熟練掌握汽輪機高壓進氣門的特性，從而盡可能地消除氣流激振。在日常汽輪機運行過程中，要對汽輪機負荷汽壓的變化進行控制，降低對負荷氣壓的變化，避免氣流激振的出現(xiàn)，有效減少汽輪機振動故障出現(xiàn)的幾率。同時，要對機組的振動數(shù)據(jù)進行長時間記錄，并將這些數(shù)據(jù)進行合理整理后做成曲線圖，從而以便觀察其振動的變化趨勢以及范圍，然后通過改變升降負荷速率及改變汽輪機不同負荷時高壓調(diào)速氣門來消除氣流激振。

4.5軸承中心不正振動故障的處理。在進行設(shè)備裝配時，一定要保證各個部件的正確銜接，使用鋼絲找中心法可以對軸線進行校準，保證安裝的正確性。進行基礎(chǔ)安裝時，一定要將預(yù)埋件設(shè)置在縱向中心線的前后，再對可調(diào)整螺絲進行安裝，便于放置鋼絲架子。再順著縱向中心線的方向，找到適合懸掛鋼絲的地方。然后再對各個中心點進行嚴密的找正，在測量鋼絲離洼窩中心兩側(cè)的距離時，要使用鋼皮尺，這樣比較精確。對準軸承座，仔細調(diào)節(jié)，使兩側(cè)的長度能夠相同，人為可控的誤差不能超過0.05mm。在進行復(fù)測時，要用到水平儀，它可以進行橫向的找平。要把水平儀放到軸瓦洼窩結(jié)合面上，用斜墊鐵對其在豎向高度上進行適當?shù)恼{(diào)整，要滿足現(xiàn)場的高低情況，還有軸承座的橫向水平也要滿足要求。在第三次進行準確找中心時，要將整個汽輪機組排查一遍，需要找正的地方重新更改操作。只有軸承安裝好了，其工作才能有條不紊的進行，不然就會出現(xiàn)受力不均勻的情況，發(fā)生異常振動，這樣不僅影響儀器設(shè)備的使用，還對熱電廠的發(fā)電有影響。

5、結(jié)束語

熱電廠的汽輪機是可以把蒸汽熱能轉(zhuǎn)化成機械能的旋轉(zhuǎn)式的動力機械設(shè)備。但是汽輪機運行穩(wěn)定性會受到諸多因素的影響，尤其是振動故障問題的發(fā)生將會嚴重影響機組的正常運行。在實際工作中，熱電廠技術(shù)人員應(yīng)高度重視機組安全穩(wěn)定性，深刻分析汽輪機異常振動成因，制定科學(xué)合理的故障排除措施，創(chuàng)新管理模式，改善工作方法，實時監(jiān)控機組的異常振動，從而確保機組的安全高效運行。

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作者簡介

德力格爾昌，男，蒙古族，大專學(xué)歷，1973年出生，汽機運行高級工，現(xiàn)從事熱電廠汽輪機運行技術(shù)管理工作。