汽輪發(fā)電機(jī)組常見振動(dòng)故障機(jī)理分析

李志存

汽輪發(fā)電機(jī)組本身體量較大，運(yùn)行精密，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中如果受到外部因素或缺陷影響，很可能會(huì)導(dǎo)致整體發(fā)電機(jī)組都無法正常運(yùn)行?；诖?，本文對現(xiàn)階段汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中常見的問題進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)尋找更為合適的提高汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用效率的方式。

1 質(zhì)量不平衡導(dǎo)致振動(dòng)故障

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障最大的因素，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽輪發(fā)電機(jī)組有80%的故障都是由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡導(dǎo)致。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的主要誘因是轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)受到慣性和向心力等因素的影響而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)偏差，最終引起發(fā)電機(jī)組無法正常運(yùn)行。想要判斷汽輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)的故障是否是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，可根據(jù)以下兩個(gè)點(diǎn)：第一判斷汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中是否工頻振動(dòng)在整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)信號中占據(jù)主要成分；第二是判斷汽輪發(fā)電機(jī)組震動(dòng)的頻率，是否存在一定的規(guī)律性。

2 轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致振動(dòng)故障

汽輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡的故障，主要原因有三個(gè)：第一原始質(zhì)量不平衡。原始質(zhì)量不平衡是導(dǎo)致出現(xiàn)轉(zhuǎn)子平衡的最主要的因素，而導(dǎo)致出現(xiàn)原始平衡的因素也非常多，例如轉(zhuǎn)子在生產(chǎn)的過程中因?yàn)槭艿郊庸すに嚨挠绊懚鴮?dǎo)致出現(xiàn)工藝上的偏差，或者轉(zhuǎn)子在安裝的過程中受到安裝工人的操作方式影響導(dǎo)致安裝位置出現(xiàn)偏差等原因都可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡；第二表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中受到外力過大影響而導(dǎo)致零部件出現(xiàn)松動(dòng)或飛脫的現(xiàn)象。汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是非常快的，而如果轉(zhuǎn)子或其他零部件存在質(zhì)量上的缺陷，很容易在高速的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象，飛脫現(xiàn)象的出現(xiàn)具有一定的偶然性；其次表現(xiàn)為出現(xiàn)松動(dòng)的部位可能會(huì)有墊片，護(hù)環(huán)，轉(zhuǎn)子線圈等防護(hù)工具。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中并不是單一的圍繞某一零部件做持續(xù)相同運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中受到速度或慣性等其他因素影響，很容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)震動(dòng)或波動(dòng)的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡；第三表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)部位的質(zhì)量不均勻或出現(xiàn)腐蝕等現(xiàn)象。這是因?yàn)閷τ谄啺l(fā)電機(jī)組的養(yǎng)護(hù)措施不到位所導(dǎo)致，部分設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中必然會(huì)出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象，針對這部分零部件應(yīng)進(jìn)行及時(shí)更換，避免出現(xiàn)更大的問題。

3 轉(zhuǎn)子彎曲導(dǎo)致振動(dòng)故障

轉(zhuǎn)子彎曲可分為轉(zhuǎn)子熱彎曲和轉(zhuǎn)子永久性彎曲。這其中轉(zhuǎn)子熱彎曲的主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子熱彎曲所引起的質(zhì)量不平衡現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)的工頻振動(dòng)出現(xiàn)周期性變換的跡象。轉(zhuǎn)子熱彎曲通常是可以恢復(fù)性彎曲，主要因?yàn)檗D(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，受摩擦力的影響而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面出現(xiàn)快速升溫軟化，最終導(dǎo)致彎曲現(xiàn)象，而這一彎曲現(xiàn)象會(huì)隨著轉(zhuǎn)子降溫之后而恢復(fù)原狀；其次是轉(zhuǎn)子的永久性安全，當(dāng)轉(zhuǎn)子所受最大內(nèi)應(yīng)力超出了轉(zhuǎn)子的構(gòu)成材質(zhì)本身所能承擔(dān)力的極限，這部分內(nèi)應(yīng)力會(huì)對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久性損傷，可表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲或變形的形象，稱之為永久性彎曲。通常來講轉(zhuǎn)子的永久性彎曲是非常嚴(yán)重的設(shè)備事故，需要對這部分零部件進(jìn)行及時(shí)更換，將損失降到最低。

4 動(dòng)靜部件摩擦導(dǎo)致振動(dòng)故障

汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)靜部件的摩擦問題，是制約汽輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的非常重要的問題，并且這一問題隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展而出現(xiàn)隨之加強(qiáng)的“逆發(fā)展”現(xiàn)象。這是因?yàn)楫?dāng)代對于汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的體量逐漸減小，零部件之間的間隙相應(yīng)減小，如此一來轉(zhuǎn)動(dòng)的部件與靜止的部件必然會(huì)產(chǎn)生摩擦現(xiàn)象，而這一摩擦現(xiàn)象會(huì)對整體汽輪發(fā)電機(jī)組造成非常大的影響。集中表現(xiàn)為工頻振動(dòng)更為復(fù)雜。嚴(yán)重的動(dòng)靜部件摩擦，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)轉(zhuǎn)子永久性彎曲或損壞軸承的現(xiàn)象。

5 結(jié)構(gòu)共振導(dǎo)致振動(dòng)故障

結(jié)構(gòu)共振發(fā)生的機(jī)理是如果汽輪發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與激振力存在同一頻率的話，會(huì)導(dǎo)致兩者出現(xiàn)共振現(xiàn)象，這就是所謂的結(jié)構(gòu)共振。結(jié)構(gòu)共振是較為典型的小激振力引起高振幅的現(xiàn)象，這其中激振力并不是作為主要引起結(jié)構(gòu)共振的因素，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)頻率決定了結(jié)構(gòu)共振的嚴(yán)重程度。

6 結(jié)構(gòu)剛性不足導(dǎo)致振動(dòng)故障

本文所指的結(jié)構(gòu)剛性是一種相對廣義上的概述，結(jié)構(gòu)的剛性即可集中體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的剛度，指的是材料本身硬度方面的要求不足以完成材料在汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的實(shí)際強(qiáng)度。而結(jié)構(gòu)剛性不足產(chǎn)生的原因有很多，其中表現(xiàn)最為明顯的是在對汽輪發(fā)電機(jī)組材料應(yīng)用強(qiáng)度具體計(jì)算方面出了差錯(cuò)，這是因?yàn)閷τ谄啺l(fā)電機(jī)組材料應(yīng)用強(qiáng)度的計(jì)算公式在行業(yè)內(nèi)尚未形成較為統(tǒng)一的意見，各個(gè)制造機(jī)構(gòu)在計(jì)算的過程中所應(yīng)用的方式過于簡單或?qū)τ诟鱾€(gè)系數(shù)的把控程度較弱；另一方面材料生產(chǎn)之后尚未形成完善的驗(yàn)證方式，生產(chǎn)的過程具有一定的盲目性，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

7 轉(zhuǎn)軸裂紋導(dǎo)致振動(dòng)故障

轉(zhuǎn)軸裂紋指的是轉(zhuǎn)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中外部壓力的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸本身出現(xiàn)裂紋的狀況，轉(zhuǎn)軸裂紋一旦產(chǎn)生之后對于轉(zhuǎn)軸兩邊會(huì)造成質(zhì)量和剛度不對稱的現(xiàn)象，尤其是轉(zhuǎn)軸裂紋一旦出現(xiàn)擴(kuò)大的跡象，對于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生非常惡劣的影響，例如汽輪發(fā)電機(jī)組在工作過程中的葉片飛出等現(xiàn)象都是因?yàn)檗D(zhuǎn)軸裂紋的惡性發(fā)展所導(dǎo)致，而這一現(xiàn)象的出現(xiàn)不但會(huì)影響到汽輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，甚至?xí)ぷ魅藛T的生命安全造成影響。

8 結(jié)語

綜上所述，汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中可能會(huì)導(dǎo)致缺陷或損壞的因素非常多，接下來工作的重心必然放在更加詳細(xì)的分析汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可能存在的問題，針對這部分問題形成合理的解決方式。