熱電廠汽輪機(jī)振動(dòng)成因及解決對(duì)策

（山西西山熱電有限責(zé)任公司 山西 030022）

1.前言

汽輪機(jī)作為熱電廠的重要組成部分之一，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行導(dǎo)致關(guān)鍵部位零件遭到了磨損，而使得汽輪機(jī)組常常發(fā)生故障，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)直接影響到電機(jī)組的正常工作。其中汽輪機(jī)振動(dòng)是影響機(jī)組安全的一個(gè)重要因素，引起汽輪機(jī)振動(dòng)的因素有很多種，因此需要根據(jù)汽輪機(jī)故障的特征進(jìn)行相應(yīng)的故障分析，快速排除故障。

2.熱電廠的概述

熱電廠是指在發(fā)電的同時(shí)，借助汽輪機(jī)的抽汽或者排汽進(jìn)而可以供熱的火電場(chǎng)。而且熱電廠需要靠近熱負(fù)荷的中心和靠近人口密集的地區(qū)，為了方便給用戶供應(yīng)熱能。國(guó)家對(duì)于熱電廠的要求要比同容量的普通火電廠的要求要高得多，熱電廠的結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜一些，電熱廠采用集中供熱的方式進(jìn)行運(yùn)作，從而減少了煤量的使用，排污量也因此得到降低，對(duì)環(huán)境造成的污染小。目前我國(guó)的熱電廠采用動(dòng)力配煤的技術(shù)，能用以解決煤電的消耗大和燃煤供應(yīng)不足等問(wèn)題，借此也能夠增加熱電廠的使用年限，節(jié)約資金。

3.汽輪機(jī)的概述

汽輪機(jī)在電熱廠的工作就是使蒸汽熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力的機(jī)械設(shè)備。汽輪機(jī)能夠在多方面進(jìn)行使用，比如說(shuō)它能夠作為發(fā)電機(jī)組進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)的組成部分分為轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分。其中連軸器，葉輪組軸和動(dòng)葉片屬于轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。而氣缸軸、承隔板和靜葉屬于靜止的部分。汽輪機(jī)工作中配套使用的機(jī)械，部分還有鍋爐和發(fā)電機(jī)，以及其他加熱器的裝置等。值得引起注意的是，汽輪機(jī)是在高溫高壓的環(huán)境下工作的，并且他是被規(guī)劃于精密類重型機(jī)械設(shè)備的范圍。進(jìn)一步探究汽輪機(jī)的工作原理會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍋爐內(nèi)的蒸汽傳輸?shù)秸羝麢C(jī)內(nèi)部時(shí)，蒸汽會(huì)在那個(gè)時(shí)候進(jìn)入過(guò)機(jī)組的噴嘴，通過(guò)這種方法，蒸汽將自身所攜帶的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?，F(xiàn)代的汽輪機(jī)，相比于傳統(tǒng)的復(fù)式蒸汽機(jī)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速更快，連續(xù)性也比較強(qiáng)，這一些明顯的優(yōu)勢(shì)是汽輪機(jī)的輸出功率高于復(fù)式蒸汽機(jī)的輸出功率。

4.熱電廠汽輪機(jī)振動(dòng)的主要成因及對(duì)策

熱電廠汽輪機(jī)在正常的工作過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的惡劣和高速度的運(yùn)作，汽輪機(jī)往往會(huì)受到多種因素的影響，從而引起汽輪機(jī)的震動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)的震動(dòng)幅度和頻率，超出了汽輪機(jī)本身所能夠承受的范圍時(shí)便極有可能造成汽輪機(jī)的故障，甚至?xí)鹬卮笫鹿实陌l(fā)生。所以找準(zhǔn)汽輪機(jī)震動(dòng)，發(fā)生的原因，并且準(zhǔn)備好解決措施對(duì)于熱電廠來(lái)說(shuō)是重中之重的任務(wù)。汽輪機(jī)振動(dòng)的方向可以細(xì)分為垂直振動(dòng)，橫向振動(dòng)，軸向振動(dòng)這三種振動(dòng)模式。參考汽輪機(jī)震動(dòng)的案例，得到垂直震動(dòng)發(fā)生的頻率較高，橫向震動(dòng)次之軸向振動(dòng)發(fā)生的幾率是最小的。下面將探討汽輪機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因和相關(guān)的解決對(duì)策。

(1)汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中轉(zhuǎn)子裝配不合格

汽輪機(jī)中最重要的零部件是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子使用于高速度旋轉(zhuǎn)的過(guò)程當(dāng)中。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子的質(zhì)心不能和旋轉(zhuǎn)的中心有一個(gè)很好的重合度的話，便會(huì)導(dǎo)致鉆子產(chǎn)生出不平衡的離心力。從而影響軸承并產(chǎn)生激振最后就會(huì)引起汽輪機(jī)的震動(dòng)。長(zhǎng)此以往，當(dāng)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生出的離心力超出了合理的范圍之后機(jī)組會(huì)發(fā)生異常。對(duì)機(jī)組等裝置進(jìn)行維修會(huì)大大增加熱電廠的生產(chǎn)成本，甚至?xí)舆t生產(chǎn)的進(jìn)度。導(dǎo)致這一切產(chǎn)生的根本原因就是在汽輪設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程當(dāng)中，鉆子裝配的質(zhì)量是不達(dá)標(biāo)的。這可能與該工廠的機(jī)械加工的精度有關(guān)。為了避免發(fā)生這一系列的問(wèn)題，生產(chǎn)轉(zhuǎn)子的廠家在制造過(guò)程中必須提高制造的精準(zhǔn)度，在裝配的過(guò)程中，也要采取相應(yīng)的措施，裝配過(guò)程中有必要進(jìn)行平衡試驗(yàn)，裝配完成了之后，轉(zhuǎn)子出場(chǎng)之前的準(zhǔn)備工作也要做到位。分別是高速和低速動(dòng)平衡檢測(cè)。通過(guò)這些方法，把轉(zhuǎn)子的不平衡量控制在安全的范圍之內(nèi)。

(2)汽輪機(jī)的安裝和檢修的原因

在汽輪機(jī)進(jìn)行一段時(shí)間的安裝和檢修的過(guò)程中，往往會(huì)給機(jī)組帶去或多或少的影響。并且透過(guò)大量的機(jī)組振動(dòng)原因得出，在進(jìn)行汽輪機(jī)的安裝和檢修過(guò)程中，由于不正確的操作使得汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。下面將簡(jiǎn)要分析汽輪機(jī)震動(dòng)影響較為明顯的幾個(gè)點(diǎn)和相關(guān)的解決措施。汽輪機(jī)主要是依靠?jī)啥说妮S承支撐整個(gè)整體。因此，當(dāng)汽輪機(jī)兩端的軸承標(biāo)高不處在同一個(gè)范圍的時(shí)候，軸承的負(fù)荷分配量不均勻，這就極其容易導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)。這就要求熱電廠在進(jìn)行汽輪機(jī)的安裝時(shí)，相關(guān)要求要嚴(yán)格按照廠家的專業(yè)建議。并且結(jié)合廠里的實(shí)際情況作出合理的改動(dòng)和調(diào)整。務(wù)必使得兩端的軸承要高，處在統(tǒng)一范圍之內(nèi)。

(3)動(dòng)靜間隙

在一般情況下，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)和其他零部件進(jìn)行工作的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)存在一定的間隙。隨著時(shí)間的推移，汽輪機(jī)在不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中所存在的這些間隙會(huì)因零件磨損，變大，因此當(dāng)這一些間隙超過(guò)了正常范圍之后就會(huì)使得汽輪機(jī)內(nèi)的工作效率降低。最為重要的是這些間隙的范圍要控制在不大不小，因?yàn)槿绻g隙過(guò)小就極有可能造成動(dòng)靜的摩擦。該摩擦?xí)沟闷啓C(jī)震動(dòng)發(fā)生不可控的變化，情況嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致震動(dòng)超標(biāo)，關(guān)于這一原因所引起的汽輪機(jī)震動(dòng)的解決方案相對(duì)比較直接，僅需要在檢修的過(guò)程當(dāng)中，合理的對(duì)隔板之間的間隙進(jìn)行調(diào)整，便可以解決該問(wèn)題。

(4)機(jī)組運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的振動(dòng)

①汽輪機(jī)在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)了震動(dòng)，超標(biāo)的現(xiàn)象是應(yīng)該及時(shí)的對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)部所產(chǎn)生的一場(chǎng)音響進(jìn)行細(xì)聽(tīng)和尋找。并且加強(qiáng)對(duì)蒸汽的參數(shù)，氣缸內(nèi)的溫度和真空的數(shù)值，軸承的溫度，以及軸向位移的情況進(jìn)行全方位的監(jiān)視，找出其中所存在的問(wèn)題，并給予合理的解決。

②汽輪機(jī)在啟動(dòng)或者升速時(shí)，出現(xiàn)有劇烈震動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)能夠比較清晰的聽(tīng)到有摩擦的聲音時(shí)，需要立即停機(jī)進(jìn)行全方位的檢查?，F(xiàn)場(chǎng)的情況，如果僅僅是因?yàn)檎饎?dòng)的幅度過(guò)大，首先可以通過(guò)降低轉(zhuǎn)速或者減輕負(fù)荷的方法，需要不斷試驗(yàn)直到震動(dòng)恢復(fù)了正常數(shù)值的時(shí)候再停止該操作。與此同時(shí)，在汽輪機(jī)恢復(fù)了正常的情況之后，再逐漸進(jìn)行提速或者增加它的負(fù)荷量。如果通過(guò)該方法不能解決汽輪機(jī)異常震動(dòng)的情況就需要立即進(jìn)行停機(jī)，檢查并解決問(wèn)題。在一切數(shù)值成正常情況下之后再進(jìn)行開(kāi)機(jī)。

(5)油膜震蕩

熱電廠汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子會(huì)在軸輪上進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，失去其自身的穩(wěn)定性從而導(dǎo)致的震蕩，就是俗稱的油膜自激震蕩。正常的情況下，汽輪機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)裝置是繞著軸線進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)運(yùn)作，但是當(dāng)汽輪機(jī)失去了自身的平衡力時(shí)，轉(zhuǎn)走，在圍繞著軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)以一個(gè)平衡點(diǎn)的渦動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)。該軸線的活動(dòng)頻率一般情況下保持在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，因此被稱為半數(shù)活動(dòng)，當(dāng)渦動(dòng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速相重合的時(shí)候，這一個(gè)渦動(dòng)的轉(zhuǎn)速會(huì)被共振放大，最終產(chǎn)生激烈的震動(dòng)現(xiàn)象。油膜震蕩具有下列幾個(gè)主要特征：第一，在油膜震蕩發(fā)生了之后，振幅的增速會(huì)變得稍快，所以才會(huì)有機(jī)組激烈振動(dòng)的現(xiàn)象。油膜發(fā)生振動(dòng)的主頻率是發(fā)電機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速，而且他會(huì)伴隨著轉(zhuǎn)速的升高而進(jìn)行改變。并且軸承的頂軸油壓也會(huì)隨之發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，所以軸承內(nèi)部會(huì)有金屬撞擊的聲音，對(duì)于油膜震動(dòng)的這個(gè)現(xiàn)象可以通過(guò)采用下列的這幾種措施進(jìn)行解決。首先可以通過(guò)增加軸瓦的比壓，而且需要通過(guò)減少軸瓦頂部之間存在的間隙。該措施能有效地減少油膜震蕩發(fā)生的頻率。第二，可以通過(guò)減小軸頸與軸瓦之間的接觸角將其接觸的范圍控制在300-400um之間。第三，減少潤(rùn)滑劑的動(dòng)力粘度，采用平衡的方法，將轉(zhuǎn)子原有不平衡的分量降低。

(6)氣流激振

汽輪機(jī)的葉片，受到不均衡的氣體從而會(huì)導(dǎo)致氣流的激振，特別是大型的機(jī)組，他們的位置會(huì)比較長(zhǎng)，氣流在葉片的末端會(huì)迅速膨脹，最終導(dǎo)致流道的紊亂現(xiàn)象發(fā)生。也是造成氣流激振產(chǎn)生現(xiàn)象的主要原因之一，在汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷超過(guò)了正常負(fù)荷量的時(shí)候，軸震動(dòng)的頻率就會(huì)大大增加。氣流主要激振的部位，往往發(fā)生于高壓轉(zhuǎn)子段。所以熱電廠可采取針對(duì)性的措施，對(duì)汽輪機(jī)的氣流激振特征進(jìn)行剖析，并且進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的記錄與觀察，最終總結(jié)出震動(dòng)數(shù)據(jù)，并且制作成組的曲線，為進(jìn)行故障分析提供堅(jiān)實(shí)可信的依據(jù)。汽輪機(jī)運(yùn)作中需要工作人員具備能夠精準(zhǔn)的區(qū)分和確定汽輪機(jī)的工作狀態(tài)的能力，并且能夠熟練采用減低負(fù)荷變化率的手段，在最大程度上減少氣流激振現(xiàn)象的產(chǎn)生，采用專業(yè)的相關(guān)知識(shí)對(duì)機(jī)輪機(jī)進(jìn)行合理的維護(hù)，延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命，減少汽輪激振發(fā)生的頻率。

5.結(jié)論

綜上，引起汽輪機(jī)震動(dòng)的原因更是多種多樣，因此需要熱電廠的工作人員對(duì)汽輪機(jī)的各項(xiàng)特征具備有全方位的了解。從而能在短時(shí)間內(nèi)找出汽輪機(jī)震動(dòng)的原因所在并及時(shí)給予科學(xué)合理的解決措施，減少因?yàn)槠啓C(jī)震動(dòng)而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。雖然熱電廠汽輪機(jī)震動(dòng)是不可避免的，但是可以盡量減少，由于人工疏忽所導(dǎo)致的汽輪機(jī)震動(dòng)。并且將汽輪機(jī)震動(dòng)的值控制在合理的范圍之內(nèi)。對(duì)相關(guān)的機(jī)組工作人員集中做好檢修工作的指導(dǎo)，要求工作人員必須嚴(yán)格遵守正規(guī)的操作流程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，保障汽輪機(jī)的安全，讓熱電廠能夠得到長(zhǎng)期且穩(wěn)定的發(fā)展。