汽輪機啟動過程中的振動故障分析及處理措施

霍風波

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154102）

1 故障概述

某電廠的10#汽輪機組，在進行過大修處理后的第一次啟動運行，實際測得各測點軸振≤100 μm，而菲利普TSI 系統(tǒng)的4#瓦處的“y”方向具有160 μm 的軸振值，同時在1#瓦方向有微弱的摩擦聲音存在。轉(zhuǎn)速加快的過程中，在10#汽輪機組每一個方向的瓦振和軸振值都漸漸加大，從檢測結(jié)果中獲知，在每一個瓦處的x 和y 軸方向，軸振值都大于規(guī)定值，而且在2#瓦的“⊥”方向處，達到了120 μm 的瓦振值。如果轉(zhuǎn)速到達1500 r/min，則機器會停止運轉(zhuǎn)。如果在1#軸承的位置出現(xiàn)較大的刮擦的聲音，那是因為轉(zhuǎn)速已經(jīng)低到1000 r/min。

2 振動故障的診斷

經(jīng)研究汽輪機啟動過程中的振動故障，初步判定其原因可歸結(jié)為以下4 點：①動靜碰磨一旦發(fā)生，汽輪機就會發(fā)生啟動時的振動故障，而動靜碰磨之所以會發(fā)生，是因為汽輪機在進行大修時，對軸封或者油檔間隙進行了不合理的調(diào)試操作；②因為氣缸在進行疏水時沒有將水順利疏通，使得水進入轉(zhuǎn)軸中，使轉(zhuǎn)軸發(fā)生變形；③與溫差控制有一定關(guān)聯(lián)，此情況是發(fā)生在操作沖轉(zhuǎn)的過程中，當然沖轉(zhuǎn)前也有可能，這就使得轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定大于規(guī)定值，最終出現(xiàn)變形的結(jié)果；④轉(zhuǎn)子自身質(zhì)量問題，使其在運轉(zhuǎn)時發(fā)生不平衡現(xiàn)象。

而經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)：①在大修汽輪機時，汽輪機還是原來的12#汽輪機，所以導致振動故障發(fā)生的原因基本不可能是轉(zhuǎn)子本身存在質(zhì)量問題，或在運轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象而導致的；②有關(guān)工作人員在調(diào)閱了汽輪機的運行記錄后，發(fā)現(xiàn)部門之間的溫差值都處于正常范圍，所以，基本也可以排除汽輪機在進行沖轉(zhuǎn)之前與沖轉(zhuǎn)時，各部門之間的溫差值沒有被合理控制，使轉(zhuǎn)子的溫度超過正常范圍而出現(xiàn)變形，導致機器發(fā)生振動故障的可能性；③通過工作人員再次復查低、中、高壓缸，基本可以排除氣缸異常的情況；④在仔細檢查機頭位置的大軸撓度之后，發(fā)現(xiàn)大軸的撓度在機器啟動前后不一致，啟動前是45 μm，啟動后經(jīng)過半小時運轉(zhuǎn)，撓度變成了50 μm；⑤發(fā)現(xiàn)機器的1#瓦處在轉(zhuǎn)動過程中發(fā)出了刮擦的聲音，進行降速后，發(fā)生時滯性的振動問題。所以初步可以判斷出動靜碰磨是導致汽輪機啟動時發(fā)生振動故障的原因所在。

3 汽輪機異常的原因分析

3.1 汽輪機持續(xù)運行導致的振動

汽輪機運行過程中發(fā)生的故障可能會有油系統(tǒng)溫度出現(xiàn)下降、蒸汽質(zhì)量下降、缸脹不均勻、真空度下降等，這些現(xiàn)象都是導致汽輪機在啟動過程發(fā)生振動故障的直接原因。例如，汽輪機原本可以正常振動，但是如果對它進行大修的情況下，再對它發(fā)出重新啟動的指令，在啟動的初期，它的1#軸承附近的振動值會發(fā)生上升，然而在功率不斷增加的過程中，振動值又慢慢恢復到正常范圍，此種振動現(xiàn)象的發(fā)生是因為蒸汽品質(zhì)的原因?qū)е碌募ふ瘳F(xiàn)象。如果現(xiàn)場工況流量較小，流量的異常會使激振力變?yōu)楹娃D(zhuǎn)速頻率不成比例的各種不同頻率的激振力，產(chǎn)生的這種激振力會導致調(diào)頻正常的葉片也發(fā)生相對較大的動應力。假如在流通部件和葉片之間有結(jié)垢存在，那么由于氣流不均勻則會導致產(chǎn)生更大的激振力。

3.2 氣流激振引發(fā)的異常振動

氣流激振引起的振動特征主要有2 點：①氣流激振的低頻分量值在增大時不屬于正常情況；②氣流激振情況下，參數(shù)也在不斷變化。有很多原因可導致發(fā)生氣流激振，比如靜葉出口氣流不均勻?qū)е碌臍饬骷ふ窳?；回轉(zhuǎn)隔板、噴嘴調(diào)節(jié)、部分進汽級靜葉片出口氣流不均勻?qū)е录ふ窳Φ陌l(fā)生。汽機負荷參數(shù)設置不恰當、供汽方式錯誤等都可能會造成氣流激振。

3.3 轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的異常振動

在汽輪機的組成部件中，轉(zhuǎn)子鍛件的徑向晶格組織不能實現(xiàn)徹底的絕緣度，導致轉(zhuǎn)子的組成材料都是各種不同異性的物理特性。汽輪機轉(zhuǎn)子由于持續(xù)保持在高溫的環(huán)境下，導致材質(zhì)的異向性被不斷放大。一旦轉(zhuǎn)子在運行中發(fā)生受熱，就會使轉(zhuǎn)軸的軸向在不同程度上產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象，如果轉(zhuǎn)子在制作過程中技藝不同，會使各向異性加大，發(fā)生轉(zhuǎn)子彎曲變形，最終出現(xiàn)振動的不平衡。轉(zhuǎn)子的受熱程度直接影響著熱不平衡振動的大小，如果由于汽機不正常而發(fā)生溫差，就會使轉(zhuǎn)子在制造中殘留下的內(nèi)應力持續(xù)釋放出來，如果出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，這種情況的發(fā)生是因為汽輪機的氣缸內(nèi)部發(fā)生進水，并且冷空氣進入到氣缸內(nèi)部，這些不利的情況都會最終導致摩擦現(xiàn)象的出現(xiàn)，那么轉(zhuǎn)子的變形量就有可能大于材料的屈服極限度，最終出現(xiàn)永久變形的結(jié)果。

3.4 摩擦振動引發(fā)的異常振動

在汽輪機進行運轉(zhuǎn)時，摩擦現(xiàn)象是不可避免的，特別是在汽輪機進行長時間的運轉(zhuǎn)時，每個零部件上都會有各種各樣輕重不一的摩擦，導致汽輪機出現(xiàn)振動故障。一般情況下，因為摩擦而使汽輪機出現(xiàn)的振動故障不會很嚴重地影響汽輪機的正常運轉(zhuǎn)，并且有時在磨合過程中還可能會消失。然而摩擦是會產(chǎn)生熱量的，這些熱量會成為轉(zhuǎn)子變形的原因，從而通過間接的方式使汽輪機出現(xiàn)振動故障。振動系統(tǒng)具有非線性的特點，這使得摩擦引起的振動故障會出現(xiàn)各種各樣的低高頻分量。汽輪機在摩擦的過程中還會影響到波動，持續(xù)的波動會使摩擦程度加深，使汽輪機的振幅加大。摩擦振動會使汽輪機的速度下降，到達轉(zhuǎn)速臨界值的時候轉(zhuǎn)子的振動會加大，這使得汽輪機就算停止運轉(zhuǎn)，也可以測量出轉(zhuǎn)子如何晃動。

4 汽輪機啟動過程中振動故障的危害

汽輪機在生產(chǎn)系統(tǒng)中處于核心地位，如果在生產(chǎn)過程中汽輪機運轉(zhuǎn)出現(xiàn)了異常，后果可能導致整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性受到很大威脅，因此，有必要高度重視汽輪機在啟動過程中出現(xiàn)的振動故障。汽輪機啟動過程中的振動故障危害是不容忽視的，具體分析，可能造成的危害性有以下5 個方面：①汽輪機啟動中如果發(fā)生振動故障，會造成調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)部部件嚴重磨損，加大遲緩率，從而導致調(diào)速系統(tǒng)運轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常；②轉(zhuǎn)動部分在組成汽輪機的內(nèi)部零件中是較重要的，如果汽輪機的振動出現(xiàn)異常則會大大削弱機組的抗疲勞強度，影響到轉(zhuǎn)動部分的使命壽命，甚至會出現(xiàn)異常運轉(zhuǎn)，造成更嚴重的問題出現(xiàn)；③如果汽輪機組出現(xiàn)較大強度的振動，則會嚴重沖擊滑銷系統(tǒng)，造成汽輪機組膨脹并構(gòu)成一股擠壓力，對滑銷系統(tǒng)造成一定損壞；④汽輪機隔板之間的密封通常都沿用汽封技術(shù)，汽輪機一旦出現(xiàn)異常，則直接導致汽封系統(tǒng)損壞，使隔板之間出現(xiàn)漏氣，形成轉(zhuǎn)子軸向的推力作用，使汽輪機出現(xiàn)運行異常；⑤如果汽輪機組出現(xiàn)振動異常，低壓端軸封系統(tǒng)損壞使空氣進入，從而降低了低壓缸的真空度，也使?jié)櫥到y(tǒng)進入空氣，降低潤滑油純度，大大降低了實際潤滑效果，如此一來磨損自然加大，從而導致汽輪機組的使用年限縮減，加大運行及維護的成本。

5 汽輪機異常振動的應對方法

5.1 氣流激振現(xiàn)象的應對方法

因為不同的振動所導致的振動故障，在進行處理時方法也各不相同。對于汽輪機的氣流激振問題，要根據(jù)汽輪機的實際情況，跟蹤記錄和研究分析氣流激振的現(xiàn)象。首先要對汽輪機的振動數(shù)據(jù)進行分析，利用所收集的數(shù)據(jù)，制作出對應的振動曲線圖，通過對汽輪機在運行過程中的振動變化情況進行觀察分析，具體有振動變化的范圍和方向，進而對汽輪機氣流激振的現(xiàn)象發(fā)生的原因進行確定，有針對性地采取相應的解決辦法。對汽輪機的負荷變化進行細致的控制，通過分析汽輪機的運行狀況來對進氣閥的開度進行調(diào)節(jié)控制，對氣流激振的負荷范圍進行規(guī)避，可以有效的消除氣流激振的現(xiàn)象。

5.2 轉(zhuǎn)子熱變形的異常振動應對方法

檢測因轉(zhuǎn)子熱變形而引發(fā)的汽輪機振動故障的方法比較容易，可以對轉(zhuǎn)子的離心力進行監(jiān)測從而達到判斷的結(jié)果。如果離心力不是很嚴重，這種情況導致的臨時性變形可以采用在轉(zhuǎn)子上進行配重平衡塊安裝的方法，恢復轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)，使振動的現(xiàn)象消除。如果轉(zhuǎn)子嚴重受損，那么應立刻對汽輪機的轉(zhuǎn)動部分進行更換并及時進行返修，防止汽輪機因熱變形而發(fā)生振動故障的問題。另外，應該盡可能地使轉(zhuǎn)子在平衡狀態(tài)下工作，比如汽輪機在啟動和停機時會發(fā)生持續(xù)的盤車，在開缸吊出轉(zhuǎn)子后進行盤轉(zhuǎn)子工具的使用等方法。并且要將汽輪機的密封工作做好，防止冷空氣和水進入或者出現(xiàn)潤滑油泄露的現(xiàn)象，這些都可能造成熱不平衡。

5.3 摩擦振動故障應對方法

在對汽輪機摩擦產(chǎn)生的振動故障進行處理時，應對渦動和抖動現(xiàn)象多加注意。在汽輪機啟動時，如果發(fā)生動靜碰撞，那么應保證機組在較低轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，采用磨合的方法，使動靜碰撞漸漸地擺脫接觸。假如振動超出正常范圍，應立刻停止機器運轉(zhuǎn)，在一段時間后，機子溫度回升轉(zhuǎn)子可以正常彎曲時再啟動機器。如此反復的過程，正常情況下摩擦都可以被消除。千萬不能采用“沖臨界”的方法，使機組被迫開啟，這樣會導致汽輪機大軸出現(xiàn)永久彎曲的現(xiàn)象。

6 結(jié)束語

在電力生產(chǎn)系統(tǒng)中，汽輪機的地位極其重要，如果汽輪機在運行時出現(xiàn)振動異常，嚴重威脅到生產(chǎn)過程的安全性，帶來的后來將不堪設想。對汽輪機啟動時的振動故障所產(chǎn)生的危害進行了研究和分析，對汽輪機啟動過程中發(fā)生振動故障的原因和如何進行處理進行了具體的探索和分析，希望通過以上分析，可以使汽輪機的工作人員在進行具體工作時有據(jù)可依。