350MW機(jī)組汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因和處理

肖清

摘 要：汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組是電力發(fā)電中的關(guān)鍵設(shè)備，其工作正常和穩(wěn)定與否，對(duì)整個(gè)發(fā)電生產(chǎn)有著非常大的影響。本文探討了350MW機(jī)組汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因和處理措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);異常振動(dòng)原因;處理措施

前言：

汽輪機(jī)是發(fā)電過程中的重要設(shè)備，在其工作的過程中，由于各種因素的影響，其極容易出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，其對(duì)機(jī)組的危害較大。因此，為了有效避免振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)分析清楚振動(dòng)產(chǎn)生的原因，然后采用針對(duì)性的措施，以此來有效避免振動(dòng)的出現(xiàn)。

1 機(jī)組概況

我廠有6*350MW供熱機(jī)組，汽輪機(jī)采用西門子制造的K30-40-16、N30-2*10型反動(dòng)式單軸雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、節(jié)流調(diào)節(jié)凝汽式汽輪組。該機(jī)組經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，汽輪機(jī)組出現(xiàn)了振動(dòng)異常的問題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

2 分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因的必要性

汽輪機(jī)組是電廠中發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，也擔(dān)負(fù)著電廠發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。因此汽輪機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間較長，關(guān)鍵的運(yùn)行零部位也由于長時(shí)間的運(yùn)作磨損嚴(yán)重，造成汽輪機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)故障，而這些時(shí)常出現(xiàn)的故障也嚴(yán)重影響著發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)作。在汽輪機(jī)組的多種故障中，汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)算是較為復(fù)雜的故障之一。造成汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的原因是多方面的，跟機(jī)體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或媒介都有可能是引起汽輪機(jī)組振動(dòng)的原因所在，所以分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因是解決異常振動(dòng)的前提，只有查明原因后才能“對(duì)癥下藥”。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)的危害

3.1 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低

汽輪機(jī)屬于熱能動(dòng)力機(jī)械，其發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的熱經(jīng)濟(jì)性越高，則會(huì)使電廠的效率提高，因此，提高汽輪機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前電力部門的重要課題之一，汽輪機(jī)在工作中，汽封間隙小則會(huì)提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，反之，則會(huì)降低機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，但其汽封間隙的大小直接取決于機(jī)組的振動(dòng)情況，若振動(dòng)過大，則會(huì)使汽封間隙過大，從而導(dǎo)致機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低。

3.2 使機(jī)組動(dòng)靜部分及支撐部件產(chǎn)生損壞

機(jī)組由若干個(gè)不同的部件組成，如端部的軸封、隔板汽封、葉片、圍帶、葉輪、軸瓦等，一旦機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致部分的部件受損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接碎裂，導(dǎo)致停機(jī)事故發(fā)生。

3.3 使各連接部件松動(dòng)

機(jī)組發(fā)生過大振動(dòng)，使機(jī)組相連接的軸承、軸承座、主油泵、蝸輪、蝸桿、活動(dòng)式聯(lián)軸器、凝汽器及發(fā)電機(jī)冷卻器的管道等發(fā)生共振，引起法蘭連接螺栓振動(dòng)，地腳螺栓斷裂，從而造成重大事故。

3.4 直接或間接造成設(shè)備事故

若汽輪機(jī)組在振動(dòng)過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組上一些儀表的工作無法正常工作，在振動(dòng)下發(fā)生誤動(dòng)作，導(dǎo)致停機(jī)事故的發(fā)生。同時(shí)發(fā)電機(jī)的鐵芯也會(huì)在振動(dòng)下導(dǎo)致絕緣受到破壞，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)引起鐵芯溫度過高而導(dǎo)致燒毀，或繞組間在沒有絕緣的情況下發(fā)生短路。

4 汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因

4.1油膜振蕩

在汽輪機(jī)中，若油膜上的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度過快，則將直接破壞轉(zhuǎn)子原本的平衡性和穩(wěn)定性。特別是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中與軸線及平衡點(diǎn)渦動(dòng)等均有著十分緊密的關(guān)系，因此一旦轉(zhuǎn)子失去平衡性，將導(dǎo)致油膜出現(xiàn)振蕩的情況，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)異常。一般情況下，一半的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是軸線的渦動(dòng)頻率，但如果當(dāng)軸線渦動(dòng)頻率加快，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速持平，則渦動(dòng)效果將會(huì)得到明顯提升，由此出現(xiàn)劇烈振蕩。

4.2 氣流激振

氣流激振在許多汽輪機(jī)組異常震動(dòng)中較為常見，通常情況下，出現(xiàn)氣流激振主要有以下三個(gè)原因：一是汽輪機(jī)組承受的符合會(huì)超過特定值，引起汽輪機(jī)軸劇烈震動(dòng);二是氣流激振產(chǎn)生的振動(dòng)頻率與高壓下轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率一致;三是由于在高壓轉(zhuǎn)子段末級(jí)時(shí)間過長，氣體在葉片末端發(fā)生紊亂或葉片受到的氣流沖擊不夠均勻。

4.3 轉(zhuǎn)子熱變形

機(jī)組轉(zhuǎn)子熱變形原因很多，如轉(zhuǎn)子自身熱應(yīng)力、運(yùn)行中氣缸進(jìn)水、進(jìn)冷空氣及動(dòng)靜摩擦、中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后的帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，而材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的釋放會(huì)引起轉(zhuǎn)子的熱變形，帶來一倍頻振動(dòng)的增大，當(dāng)然同時(shí)也有可能伴隨著相位的變化。

4.4 摩擦振動(dòng)

汽輪機(jī)的摩擦振動(dòng)通常是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分的葉柵、葉輪、主軸和聯(lián)軸器等部件在長期運(yùn)行的過程中，由于受到作用力及在高溫條件下發(fā)生熱彎曲破壞了初始的平衡狀態(tài)，從而產(chǎn)生異常振動(dòng)，但此時(shí)汽輪機(jī)的振動(dòng)信號(hào)的主頻仍然是工頻。然而，由于轉(zhuǎn)子受到?jīng)_擊及其它非線性因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些分頻、倍頻及高頻分量，有時(shí)甚至還會(huì)產(chǎn)生波形的削頂現(xiàn)象。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)的頻率和幅值同樣具有波動(dòng)的特性，如果摩擦振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較長還會(huì)引發(fā)渦動(dòng)現(xiàn)象。

5 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的處理措施

5.1 轉(zhuǎn)子受熱彎曲處理措施

汽輪機(jī)在工作一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)子由于熱力的作用發(fā)生了彎曲，這將會(huì)影響汽輪機(jī)的工作狀態(tài)。因此，在轉(zhuǎn)子因人力的作用下發(fā)生彎曲后，需馬上更換新的轉(zhuǎn)子，這樣汽輪機(jī)發(fā)生振動(dòng)故障隨之也就解決了，從而保證了汽輪機(jī)的正常工作狀態(tài)。

也就是說，為了能有效減少汽輪機(jī)出現(xiàn)故障的可能，既要保證設(shè)備安裝工藝的精良，又要確保技術(shù)人員有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從各個(gè)角度著手，嚴(yán)格控制設(shè)備的運(yùn)行和安裝，才能確保設(shè)施設(shè)備能正常運(yùn)行，也給電廠的穩(wěn)定供電提供了保障。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，工作人員不能手忙腳亂，需詳細(xì)檢查事故的位置，認(rèn)真分析其原因，并采取正確的措施，日常的保養(yǎng)和檢修，同時(shí)還要做好記錄，不斷的總結(jié)，盡可能減少故障的出現(xiàn)。

5.2 氣流激振處理措施

汽輪機(jī)組發(fā)生氣流激振故障時(shí)，這個(gè)故障是不能立刻解決，其需要一段時(shí)間對(duì)氣流激振的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后用圖表的形式展現(xiàn)出來，并通過對(duì)圖表的觀察，分析其中的內(nèi)在規(guī)律，從而找到相關(guān)的處理措施。

5.3 油膜震蕩處理措施

油膜震蕩問題的處理方法較為多樣，就目前而言，我國對(duì)該問題的處理主要依賴于以下方面：1）為了有效控制油膜振動(dòng)，可適當(dāng)增加軸瓦比壓;2）通過縮小軸瓦頂部間隙，增加上軸瓦軸承合金寬度，降低振動(dòng)頻率同樣可解決油膜震蕩問題;3）適當(dāng)減少軸瓦和軸頸間的接觸角，可有效減少震動(dòng)現(xiàn)象;4）使用粘度較小的潤滑油，可使軸受力單一，避免復(fù)合力造成軸重心變化，從而減少振動(dòng);5）利用平衡力原理，消除設(shè)備運(yùn)行中存在的不平衡力，可有效降低油膜震蕩發(fā)生的概率。

5.4 利用傳感器進(jìn)行有效的保護(hù)

汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)及由其所組成的信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，是保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。機(jī)組應(yīng)裝設(shè)振動(dòng)保護(hù)裝置，當(dāng)振動(dòng)超過極限值時(shí)，發(fā)出脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)保護(hù)控制電路，自動(dòng)關(guān)閉主汽門，實(shí)行緊急停機(jī)，并通知工作人員，以保護(hù)機(jī)組安全。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)安全監(jiān)視和保護(hù)顯得更為重要，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的安全監(jiān)視和保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性也提出了更高的要求。

5.5 排除故障應(yīng)注意的問題

汽輪機(jī)異常振動(dòng)屬于一種常見的故障，在進(jìn)行此故障排除時(shí)，要對(duì)其故障進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)的維修記錄的查看，檢查每個(gè)零部件，看是否只需對(duì)舊部件進(jìn)行更換。另外，導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的因素較多，也較為復(fù)雜，若沒有對(duì)故障位置進(jìn)行確定的認(rèn)識(shí)前不要貿(mào)然的進(jìn)行拆機(jī)，這時(shí)要請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行檢查，從而保證機(jī)組的安全。

結(jié)語

綜上所述，汽輪機(jī)在電廠中，因其本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且經(jīng)常需要面對(duì)特殊的工作環(huán)境，在長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)下難免會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)異常等故障問題。如果無法及時(shí)排除和判斷汽輪機(jī)振動(dòng)故障，將會(huì)在很大程度上影響電廠的正常工作。因此，分析電廠汽輪機(jī)的振動(dòng)異常及其處理措施顯得尤為重要。

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