試析汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中振動(dòng)故障分析及處理措施

李威芳，呂強(qiáng)

（杭州汽輪機(jī)股份有限公司，浙江 杭州 310022）

汽輪機(jī)振動(dòng)故障是一種比較常見的問題，并且不容易解決，有諸多因素會(huì)對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)過程產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致振動(dòng)故障問題發(fā)生，要想有效解決振動(dòng)故障問題，首先就要找到振動(dòng)故障出現(xiàn)的原因，然后才能采取相對(duì)應(yīng)的措施將問題解決。

1 汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中振動(dòng)故障的危害

在生產(chǎn)系統(tǒng)中，汽輪機(jī)發(fā)揮著十分重要的作用，可以將其看作生產(chǎn)系統(tǒng)的“心臟”。在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中一旦發(fā)生故障，就會(huì)在很大程度上影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，安全性和穩(wěn)定性都會(huì)降低，所以需要加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)故障問題的重視。汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)振動(dòng)故障問題帶來的具體影響如下：（1）一定程度上影響著汽輪機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)，故障問題會(huì)導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生擺動(dòng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部的各種零件之間相互磨損，降低零部件的使用壽命，并且遲緩率也會(huì)提升，使調(diào)速系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。（2）使汽輪機(jī)的耐疲勞強(qiáng)度降低。汽輪機(jī)的核心結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)動(dòng)部分，在啟動(dòng)過程中如果發(fā)生振動(dòng)故障會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分造成影響，使轉(zhuǎn)動(dòng)部分無法正常工作，使用壽命也會(huì)降低。（3）破壞滑銷系統(tǒng)。汽輪機(jī)在啟動(dòng)過程中一旦機(jī)組發(fā)生振動(dòng)故障問題，會(huì)對(duì)滑銷造成嚴(yán)重沖擊，從而使汽輪機(jī)組出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，并且這種膨脹現(xiàn)象具有不均勻的特征，擠壓力就會(huì)因此而形成，從而嚴(yán)重危害滑銷系統(tǒng)的正常功能。（4）對(duì)汽封造成破壞。一般來說，隔板之間都存在不同大小的空隙，需要采取有效的密封措施，比較常用的方法就是汽封法，假如汽輪機(jī)出現(xiàn)了振動(dòng)故障問題，就會(huì)在一定程度破壞氣封，從而使隔板漏氣，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行。（5）汽輪機(jī)組的振動(dòng)故障問題還會(huì)影響低壓端軸封系統(tǒng)，使系統(tǒng)被破壞，這樣空氣就可以進(jìn)入系統(tǒng)中，導(dǎo)致低壓缸不具備較好的真空度，同時(shí)空氣還會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)中，使?jié)櫥偷募兌冉档?，?duì)潤(rùn)滑效果造成影響，從而使摩擦力增大，導(dǎo)致汽輪機(jī)組的使用壽命縮減，運(yùn)行過程中的維護(hù)成本支出也會(huì)增高。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)故障的原因分析

2.1 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的振動(dòng)故障

如果汽輪機(jī)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，得不到休息，就會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，從而對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程造成影響，繼而引發(fā)各種故障問題，比如，油系統(tǒng)溫度進(jìn)一步下降、蒸汽質(zhì)量進(jìn)一步降低、缸脹出現(xiàn)不均勻情況等，這些不良現(xiàn)象都是導(dǎo)致振動(dòng)故障發(fā)生的原因。比如，汽輪機(jī)本來的振動(dòng)并沒有出現(xiàn)異常，但經(jīng)過大修后，再次啟動(dòng)時(shí)就有可能導(dǎo)致軸承附近的振動(dòng)值升高，在功率不斷增大的過程中，實(shí)際振動(dòng)值會(huì)逐漸下降，直至恢復(fù)正常范圍內(nèi)。引起這種現(xiàn)象的主要原因是蒸汽品質(zhì)不高，使汽輪機(jī)出現(xiàn)激振現(xiàn)象。如果現(xiàn)場(chǎng)工況流量出現(xiàn)異常變化，就會(huì)對(duì)激振力產(chǎn)生影響，使其逐漸發(fā)生變化，最終導(dǎo)致多種不同頻率的激振力形成，同時(shí)還會(huì)對(duì)調(diào)頻正常的葉片產(chǎn)生影響，在頁(yè)面上面形成動(dòng)應(yīng)力。如果氣流無法在流通部件和葉片之間正常流通，就會(huì)形成不均勻的氣流，激振力也會(huì)隨之增大。

2.2 轉(zhuǎn)子熱變形引起振動(dòng)故障問題

汽輪機(jī)的構(gòu)成比較復(fù)雜，它的組成部件較多，發(fā)揮著重要作用的一種構(gòu)件就是轉(zhuǎn)子鍛件，如果轉(zhuǎn)子鍛件的絕緣性能無法滿足具體要求，那么當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子受到高溫影響，就會(huì)使材質(zhì)的異向性不斷增大。轉(zhuǎn)子在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，當(dāng)熱度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，轉(zhuǎn)軸的軸向會(huì)發(fā)生膨脹。在制作轉(zhuǎn)子的過程中如果采用的制造技術(shù)和工藝不同，會(huì)使轉(zhuǎn)子的異性增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子容易出現(xiàn)變形問題，從而破壞振動(dòng)的平衡性，并且振動(dòng)的平衡性變化情況與轉(zhuǎn)子受熱程度之間有直接聯(lián)系。轉(zhuǎn)子在制造過程中會(huì)殘留一部分內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)較大的溫差時(shí)，這部分內(nèi)應(yīng)力就會(huì)被釋放出來，從而導(dǎo)致摩擦現(xiàn)象出現(xiàn)，繼而引起振動(dòng)異常問題。

2.3 摩擦引發(fā)的異常振動(dòng)問題

汽輪機(jī)在平時(shí)的正常運(yùn)行中，難以避免的一種問題就是摩擦現(xiàn)象，尤其是汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，零部件之間的摩擦力就會(huì)加大，從而會(huì)對(duì)每個(gè)零部件造成一定影響，汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)故障的概率就會(huì)隨之增大。通常情況下，由于摩擦原因引起的振動(dòng)故障問題不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重影響，而且這種振動(dòng)故障現(xiàn)象還有可能在之后的運(yùn)行過程中逐漸減弱或消失。在摩擦過程中會(huì)有熱量產(chǎn)生，產(chǎn)生的這部分熱量會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)變形問題的原因之一，轉(zhuǎn)子一旦出現(xiàn)變形問題就會(huì)間接引起振動(dòng)故障問題。非線性是汽輪機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的顯著特征，因?yàn)檫@種特征會(huì)引發(fā)不同程度的振動(dòng)故障問題。波動(dòng)現(xiàn)象也會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的影響而出現(xiàn)，如果波動(dòng)現(xiàn)象一直持續(xù)下去，就會(huì)使摩擦力增大，從而導(dǎo)致摩擦程度加深，汽輪機(jī)的振動(dòng)幅度也會(huì)隨之增大。因摩擦引起的振動(dòng)問題會(huì)影響汽輪機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)速臨界值時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率會(huì)增大，這種情況下就算汽輪機(jī)停止運(yùn)行，也能夠?qū)D(zhuǎn)子的晃動(dòng)情況進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

2.4 氣流激振引發(fā)的異常振動(dòng)

使汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)故障問題的另一個(gè)原因就是氣流激振現(xiàn)象，如果氣流激振的低頻分量值不斷增高，就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)異常情況，出現(xiàn)氣流激振現(xiàn)象時(shí)，汽輪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。引起氣流激振現(xiàn)象的原因有多種，比如，不均勻的靜葉出口氣流會(huì)引起氣流激振力，沒有合理設(shè)置汽機(jī)的負(fù)荷參數(shù)，采用的供汽方式也存在問題等都可能會(huì)造成氣流激振。

3 汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中的振動(dòng)故障處理措施

3.1 氣流激振現(xiàn)象的處理方法

因?yàn)槠啓C(jī)在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)振動(dòng)故障的原因有多種，所以首先需要分析振動(dòng)故障出現(xiàn)的具體原因，然后再根據(jù)原因采取合適的振動(dòng)故障處理方法。在處理氣流激振引起的振動(dòng)故障問題時(shí)，首先要針對(duì)汽輪機(jī)的實(shí)際情況進(jìn)行全面分析，充分掌握氣流激振的變化情況，同時(shí)還要將分析和觀測(cè)結(jié)果詳細(xì)記錄下來，然后找出氣流激振現(xiàn)象出現(xiàn)的具體原因，在這個(gè)過程中還應(yīng)收集汽輪機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為繪制曲線圖的重要依據(jù)，接著分析汽輪機(jī)的振動(dòng)變化情況，將變化的具體范圍和方向確定下來，最后找出氣流激振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，根據(jù)實(shí)際原因采取針對(duì)性措施進(jìn)行控制。此外，嚴(yán)格控制汽輪機(jī)的負(fù)荷變化，合理調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度，控制進(jìn)氣量大小，使氣流激振維持在正常負(fù)荷范圍內(nèi)，也是解決氣流激振問題的有效方法。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形的異常振動(dòng)處理方法

在處理因轉(zhuǎn)子變形而引起的汽輪機(jī)振動(dòng)故障問題時(shí)，需要做好轉(zhuǎn)子離心力的監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷轉(zhuǎn)子熱變形的原因，然后再采取相對(duì)應(yīng)的措施對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形現(xiàn)象進(jìn)行控制。如果離心力不高，轉(zhuǎn)子只是出現(xiàn)臨時(shí)性變形現(xiàn)象，可以將合適的配重平衡塊安裝到轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)恢復(fù)，從而消除振動(dòng)現(xiàn)象。如果轉(zhuǎn)子受損比較嚴(yán)重，就需要及時(shí)更換汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，避免汽輪機(jī)因熱變形而引起振動(dòng)故障的問題。此外，需要最大程度保證轉(zhuǎn)子在平衡狀態(tài)下工作，在汽輪機(jī)啟動(dòng)和停止運(yùn)行的過程中會(huì)發(fā)生持續(xù)盤車現(xiàn)象，此時(shí)，需做好汽輪機(jī)的密封工作，避免冷空氣和水進(jìn)入汽輪機(jī)，防止?jié)櫥托孤﹩栴}出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形現(xiàn)象的有效控制。

3.3 摩擦振動(dòng)故障的處理方法

在處理汽輪機(jī)摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)故障問題時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)渦動(dòng)和抖動(dòng)現(xiàn)象的重視，將這兩種現(xiàn)象作為重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，做好渦動(dòng)和抖動(dòng)現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)和分析工作。在啟動(dòng)汽輪機(jī)的過程中，如果出現(xiàn)碰撞問題，應(yīng)及時(shí)降低機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使其在低速狀態(tài)下慢慢磨合。如果振動(dòng)頻率不在規(guī)定的范圍內(nèi)，應(yīng)及時(shí)關(guān)停機(jī)器，讓機(jī)子的溫度慢慢回升，等溫度達(dá)到一定程度而且轉(zhuǎn)子可以正常彎曲的時(shí)候再次將機(jī)器啟動(dòng)。通過這種方法，一般都可以將摩擦現(xiàn)象消除。需要注意的是，不可使用“沖臨界”方法，讓機(jī)組被迫開啟，這樣會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的大軸造成不可逆轉(zhuǎn)的影響，導(dǎo)致大軸出現(xiàn)永久彎曲的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽輪機(jī)的正常運(yùn)行十分重要，如果汽輪機(jī)在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)振動(dòng)故障，就會(huì)威脅到汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，如果情況比較嚴(yán)重還可能導(dǎo)致汽輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因此一旦發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)產(chǎn)生了振動(dòng)故障，就需要引起重視，及時(shí)找到振動(dòng)故障產(chǎn)生的具體原因，做好汽輪機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)信息的收集工作，并繪制出相應(yīng)的曲線圖，并仔細(xì)觀察振動(dòng)變化情況，然后針對(duì)不同的原因采取相應(yīng)的處理方法將振動(dòng)故障解決，為汽輪機(jī)的正常運(yùn)行提供可靠保障。