電廠汽輪機(jī)組振動(dòng)問題研究與處理措施

樊偉民

（國能太原第一熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030021）

0 引言

汽輪機(jī)按照不同的結(jié)構(gòu)、原理以及用途等分為較多種類，其中高溫高壓汽輪機(jī)的實(shí)際應(yīng)用較為廣泛，近年來高溫高壓汽輪機(jī)的進(jìn)口參數(shù)已經(jīng)得到妥當(dāng)?shù)母纳疲匀粚?duì)軸承系統(tǒng)存在較為強(qiáng)烈的干擾，導(dǎo)致軸承系統(tǒng)面臨彎曲或損壞的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)在經(jīng)濟(jì)方面造成較大損失。尤其是在蒸氣分配較為復(fù)雜時(shí)，新蒸氣會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)葉片造成一定的阻力，因此需要軸承系統(tǒng)具備更強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此可以說，軸承的穩(wěn)定性直接影響汽輪機(jī)組的穩(wěn)定性，軸承對(duì)于振動(dòng)十分敏感，若機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象超過所允許的范圍，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行停止，大大降低了電廠的工作效率。

1 電廠汽輪機(jī)組振動(dòng)問題的特點(diǎn)

1.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡導(dǎo)致的問題特點(diǎn)

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡是電廠汽輪機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)問題的主要原因之一。不同轉(zhuǎn)子之間的質(zhì)量也存在一定的差異，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量會(huì)直接影響汽輪機(jī)組的整體性能。若轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲情況，但未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則無法迅速將汽輪機(jī)組從彎曲狀態(tài)中調(diào)整出來，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)組零件產(chǎn)生摩擦，從而使加工對(duì)象與導(dǎo)向板之間摩擦力變大。若此時(shí)未進(jìn)行合理的調(diào)度控制，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片出現(xiàn)變形或膜片出現(xiàn)彎曲，從而直接引發(fā)振動(dòng)問題。并且，汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中，其速度越快，離心力也就越大，其振動(dòng)問題也將更加嚴(yán)重。對(duì)于在軸的方向上出現(xiàn)軸、軸襯或軸承等的振動(dòng)現(xiàn)象，需要提前在相應(yīng)位置設(shè)置電阻，從而便于對(duì)振動(dòng)幅度的評(píng)估。安裝動(dòng)態(tài)軸承時(shí)若未按照要求，也可能導(dǎo)致出現(xiàn)振動(dòng)問題。

1.2 軸系無法對(duì)中導(dǎo)致的問題特點(diǎn)

電廠汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較高要求，為防止出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的振動(dòng)問題，需要將相應(yīng)的零件進(jìn)行合理安裝。在實(shí)際運(yùn)行過程中，若發(fā)現(xiàn)側(cè)向反射均勻程度不高，或驅(qū)動(dòng)軸與安裝要求的位置之間存在明顯差別，需要及時(shí)對(duì)安裝位置進(jìn)行調(diào)整。因驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)無法對(duì)中而導(dǎo)致產(chǎn)生的振動(dòng)有以下特征：在將兩個(gè)相鄰驅(qū)動(dòng)軸分別安裝于其對(duì)應(yīng)的軸承部件時(shí)，兩個(gè)相鄰的驅(qū)動(dòng)軸之間若存在一定程度的偏移或出現(xiàn)傾斜的狀況，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)問題。由此可以看出，軸承無法對(duì)中也可以體現(xiàn)出汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中存在一定軸承偏差情況。為檢查出這種振動(dòng)問題，可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)汽輪機(jī)組的兩半聯(lián)軸器的外圓和開口偏差等進(jìn)行測(cè)量和評(píng)定，從而判斷是否存在軸系無法對(duì)中而導(dǎo)致的振動(dòng)故障。

1.3 油膜振蕩導(dǎo)致的問題特點(diǎn)

由于汽輪機(jī)組在電廠中屬于較為重要的設(shè)備之一，因此若汽輪機(jī)組工作穩(wěn)定性不足，則會(huì)導(dǎo)致電廠發(fā)電工作整體不夠穩(wěn)定。在汽輪機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)初期，應(yīng)迅速掌握其振動(dòng)幅度，并隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)督和記錄，若發(fā)現(xiàn)振動(dòng)存在不穩(wěn)定性，需要及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行匯總并分析。若汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子失去相應(yīng)的穩(wěn)定性，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組振動(dòng)混亂，振幅加大。此時(shí)則會(huì)由于汽輪機(jī)組振動(dòng)的混亂性導(dǎo)致油膜震蕩的出現(xiàn)。這種油膜震蕩導(dǎo)致的振動(dòng)主要具有頻率低、振幅小的特點(diǎn)。在這一前提之下，若汽輪機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)到初級(jí)臨界速度的2倍，則汽輪機(jī)組產(chǎn)生的低頻振動(dòng)與初級(jí)臨界速度相同步。也可以說，當(dāng)產(chǎn)生共振影響時(shí)，汽輪設(shè)備所產(chǎn)生的低頻振動(dòng)會(huì)被放大，頻率得到大幅度提高，從而出現(xiàn)油膜振動(dòng)。再結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析可以得知，若汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速變大，共振范圍變廣。千斤頂軸中的液壓壓力較低、汽輪機(jī)組使用的潤滑劑之中含有雜質(zhì)都可能產(chǎn)生油膜振動(dòng)[1]。

2 電廠汽輪機(jī)組振動(dòng)問題原因分析

2.1 中心不正導(dǎo)致振動(dòng)問題

（1）當(dāng)汽輪機(jī)組啟動(dòng)開始運(yùn)行時(shí)，若未留出足夠的時(shí)間進(jìn)行機(jī)器預(yù)熱，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組升速過快，或產(chǎn)生較大的負(fù)荷，使得整個(gè)設(shè)備自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，或汽缸體在持續(xù)加熱過程中的膨脹不均勻，并結(jié)合汽輪機(jī)組中的滑動(dòng)銷系統(tǒng)發(fā)揮固定作用，導(dǎo)致氣缸在膨脹之后難以順利運(yùn)轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子出現(xiàn)歪斜，機(jī)組出現(xiàn)移位狀況，最終導(dǎo)致非正常振動(dòng)的產(chǎn)生。這也是目前汽輪機(jī)組振動(dòng)問題產(chǎn)生的最主要原因。

（2）汽輪機(jī)組在設(shè)計(jì)的過程中通常嚴(yán)格規(guī)定了其入口溫度，但若在實(shí)際應(yīng)用中未嚴(yán)格按照規(guī)定操作或運(yùn)行，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)部膨脹、汽缸出現(xiàn)變形。此時(shí)若將高壓軸封抬高，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組整體產(chǎn)生軸向移動(dòng)，當(dāng)汽輪機(jī)的真空度降低時(shí)，溫度提高，則會(huì)導(dǎo)致軸承上移，移動(dòng)幅度超過了允許發(fā)生的范圍，則在整個(gè)汽輪機(jī)組中產(chǎn)生振動(dòng)問題。

（3）在全方位檢查并維修汽輪機(jī)組后，相關(guān)工作人員應(yīng)進(jìn)行靠背輪的安裝工作，并在安裝過程中檢查聯(lián)軸器的中心點(diǎn)是否正確。若安裝操作出現(xiàn)失誤，則會(huì)導(dǎo)致在設(shè)備負(fù)載逐漸加大的過程中設(shè)備出現(xiàn)較大幅度的振動(dòng)問題，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成設(shè)備出現(xiàn)損壞[2]。

2.2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡導(dǎo)致振動(dòng)問題

2.2.1 由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子彈性彎曲所導(dǎo)致的振動(dòng)

在汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若葉片出現(xiàn)破裂、損壞、腐蝕等情況，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡進(jìn)而引發(fā)彎曲情況。由于彈性彎曲力不斷作用于轉(zhuǎn)子上，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)情況。在轉(zhuǎn)子彎曲后，即使未與汽輪機(jī)內(nèi)部的其他零件發(fā)生摩擦，也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子彈性彎曲所導(dǎo)致的振動(dòng)問題與質(zhì)量不平衡所導(dǎo)致的振動(dòng)問題有相似之處，主要區(qū)別于：這類振動(dòng)通常為軸向振動(dòng)，當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度超過規(guī)定值后，其振幅也會(huì)有所增加。

2.2.2 由于油膜損壞或不穩(wěn)定所導(dǎo)致的振動(dòng)

當(dāng)電廠汽輪機(jī)組長時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后，軸承油膜的穩(wěn)固性會(huì)降低，甚至遭受一定程度的破壞，油膜破壞后會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組中軸承襯套的黑金燃燒，進(jìn)而受損，致使軸承在受熱后產(chǎn)生彎曲，最終形成汽輪機(jī)組整體的異常振動(dòng)問題。

2.2.3 由于汽輪機(jī)組內(nèi)部零件互相摩擦所導(dǎo)致的振動(dòng)

導(dǎo)致這類振動(dòng)問題產(chǎn)生的原因主要是由于汽輪機(jī)之間存在較多內(nèi)部構(gòu)建，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中葉片之間出現(xiàn)摩擦，流通軸向錯(cuò)誤或預(yù)留的空隙不夠，以及葉片、隔膜均出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)構(gòu)建摩擦，從而導(dǎo)致異常振動(dòng)問題的產(chǎn)生[3]。

3 電廠汽輪機(jī)組振動(dòng)問題解決對(duì)策

根據(jù)大量實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，電廠汽輪機(jī)組若在日常工作中常常出現(xiàn)振動(dòng)問題，則會(huì)降低其實(shí)際應(yīng)用效果，影響電廠整體經(jīng)濟(jì)效益，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)設(shè)備的安全以及操作人員的生命安全造成損害。更加重要的是，汽輪機(jī)組的振動(dòng)往往是突然發(fā)生的，并且會(huì)造成一定程度的危害，導(dǎo)致設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中的安全性降低，影響電廠日常工作的實(shí)際開展。為此，電廠管理人員應(yīng)給予汽輪機(jī)組振動(dòng)問題足夠的重視，積極采取相關(guān)對(duì)策進(jìn)行預(yù)防控制以及解決，具體措施如下：

3.1 建立完善的監(jiān)控制度

為及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組所存在的振動(dòng)問題，相關(guān)管理人員應(yīng)為汽輪機(jī)組配備相應(yīng)的振動(dòng)測(cè)量裝置，隨時(shí)監(jiān)測(cè)軸承以及軸的振動(dòng)情況，應(yīng)全天候指派專門監(jiān)控人員進(jìn)行看管，避免出現(xiàn)監(jiān)控死角，從而確保對(duì)汽輪機(jī)組振動(dòng)問題的監(jiān)控具備一定的全面性。在監(jiān)測(cè)到振動(dòng)問題產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)利用相關(guān)的警報(bào)裝置及時(shí)發(fā)出警報(bào)，從而警告相關(guān)技術(shù)人員，從而采取科學(xué)有效的措施對(duì)振動(dòng)問題進(jìn)行解決，從而有效避免安全事故的發(fā)生。除了對(duì)于突發(fā)情況的監(jiān)控之外，還應(yīng)做好日常的汽輪機(jī)組管理工作，技術(shù)人員應(yīng)養(yǎng)成科學(xué)操作設(shè)備的意識(shí)，日常對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)維修，避免安全事故產(chǎn)生。

3.2 采取科學(xué)的保護(hù)措施

除了及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組的振動(dòng)問題并采取措施進(jìn)行解決之外，還應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)組形成一定的保護(hù)措施?？梢圆扇∫欢ǖ姆勒裱b置，當(dāng)汽輪機(jī)組的振動(dòng)符合允許的范圍之內(nèi)時(shí)，防振裝置不會(huì)進(jìn)行干預(yù)，當(dāng)實(shí)際的振動(dòng)幅度超出允許范圍后，防振裝置應(yīng)發(fā)射脈沖信號(hào)，對(duì)整個(gè)機(jī)組回路形成保護(hù)，在掌握實(shí)際振動(dòng)情況后擁有可以操控關(guān)閉主蒸汽閥的權(quán)限，進(jìn)行緊急停機(jī)操作。這樣的保護(hù)措施可以在振動(dòng)問題發(fā)生后，以最快速度進(jìn)行解決，保護(hù)汽輪機(jī)組的整體性能不受影響，仍然可以投入后續(xù)生產(chǎn)之中，使其對(duì)汽輪機(jī)組的保護(hù)程度最大化[4]。

3.3 進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新

在電廠日常工作開展的過程中，為提高生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)設(shè)備發(fā)揮最大效果，相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)生產(chǎn)所需技術(shù)進(jìn)行一定的創(chuàng)新和改造?，F(xiàn)階段，在日常工作開展時(shí)，工作人員通常采取直接啟動(dòng)模式控制設(shè)備，但是這種控制方法會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一定的損傷，并且比較容易導(dǎo)致振動(dòng)問題的產(chǎn)生，因此可以對(duì)設(shè)備的控制模式進(jìn)行以下創(chuàng)新：

第一，為解決中心不正所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子熱彎曲問題，可以及時(shí)更換新的轉(zhuǎn)子，確保新轉(zhuǎn)子在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，從而不會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組的整體振動(dòng)問題。第二，為解決轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻問題，應(yīng)隨時(shí)查看汽輪機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算和分析，從而掌握機(jī)組的負(fù)載數(shù)據(jù)，進(jìn)而得知使汽輪機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)問題的工作模式，采取降低負(fù)載、避開氣流激振的負(fù)載范圍等策略，有效避免氣流激振帶來的汽輪機(jī)組振動(dòng)問題。第三，為解決軸系不對(duì)稱的問題，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注汽輪機(jī)組運(yùn)行狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常狀況時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查設(shè)備中各零件情況，若發(fā)現(xiàn)零件出現(xiàn)磨損應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，避免零件摩擦所產(chǎn)生的汽輪機(jī)組振動(dòng)[5]。

4 結(jié)語

隨著近年來我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平的不斷提高，我國電廠普遍取得了較大的進(jìn)步。電廠中絕大部分工作都要依托于汽輪機(jī)組的使用，汽輪機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，汽輪機(jī)組發(fā)生安全事故很大一部分原因是機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)問題。為改善這一情況，相關(guān)工作人員應(yīng)深入分析汽輪機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因，并且有針對(duì)性地制定措施進(jìn)行改善，以從根本上徹底解決電廠汽輪機(jī)組振動(dòng)問題，促進(jìn)電廠健康、長久地可持續(xù)發(fā)展。