汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及其解決方法

趙　珣

摘要：為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門的重要任務(wù)。文章就汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因進(jìn)行了分析與故障的排除，在振動(dòng)監(jiān)測方面應(yīng)做的工作進(jìn)行了簡要的論述。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；異常振動(dòng)；故障排除；振動(dòng)監(jiān)測；汽流激振現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：TK263文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）16-0173-02

對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械來說，微小的振動(dòng)是不可避免的，振動(dòng)幅度不超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動(dòng)。這里所說的振動(dòng)，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過允許標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)，也就是異常振動(dòng)。任何一種異常振動(dòng)都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動(dòng)靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng)，以及電磁力不平衡等等都會(huì)表面在振動(dòng)增大，甚至強(qiáng)烈振動(dòng)。

而強(qiáng)烈振又會(huì)導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動(dòng)甚至損壞，加劇動(dòng)靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備損壞程度。異常振動(dòng)是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷，隱患的綜合反映，是發(fā)生故障的信號(hào)。因此，新安裝或檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過試運(yùn)行，測試各軸承振動(dòng)及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。振動(dòng)超標(biāo)的則必須查找原因，采取措施將振動(dòng)降到合格范圍內(nèi)，才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行。

一、汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析

汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時(shí)間長、關(guān)鍵部位長期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會(huì)是機(jī)組振動(dòng)的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常震動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對(duì)癥維修。針對(duì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的各個(gè)原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵。

二、汽輪機(jī)組常見異常震動(dòng)的分析與排除

引起汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因有以下幾個(gè)方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)等。

（一）汽流激振現(xiàn)象與故障排除

汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振；對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時(shí)間的記錄每次機(jī)組振動(dòng)的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。

（二）轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)特征、原因及排除

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會(huì)使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，因而在軸向還會(huì)產(chǎn)生較大的工頻振動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會(huì)有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個(gè)轉(zhuǎn)速下會(huì)有所減小，即在某個(gè)轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“凹谷”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時(shí)，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動(dòng)。沒有了振動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)。

（三）摩擦振動(dòng)的特征、原因與排除

摩擦振動(dòng)的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號(hào)的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會(huì)急劇增大。三是降速過臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動(dòng)的機(jī)理：對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動(dòng)靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。

三、在振動(dòng)監(jiān)測方面應(yīng)做好的工作

目前200MW及以上的機(jī)組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對(duì)振動(dòng)實(shí)施在線監(jiān)控，給振動(dòng)監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝有振動(dòng)監(jiān)測表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動(dòng)表定期測試核對(duì)，有的機(jī)組僅靠推帶振動(dòng)表定期測試記錄。對(duì)中小型機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期（每周、每10天等）測試或測試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動(dòng)規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測試振動(dòng)的周期，給汽機(jī)車間專業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場配備較高精密度的振動(dòng)表，并建立專業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場保存的振動(dòng)測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比上次測試結(jié)果增大時(shí)，專業(yè)人員應(yīng)及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并分析振動(dòng)增大原因，研究采取措施，必要時(shí)增加振動(dòng)測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常時(shí)，應(yīng)立即使用現(xiàn)場保管的振動(dòng)表進(jìn)行測試，如振動(dòng)比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時(shí)，應(yīng)立即打閘停機(jī)。如振動(dòng)增加雖未達(dá)到0.05mm，但振動(dòng)異常時(shí)聽到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時(shí)，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對(duì)一般的振動(dòng)增大，也應(yīng)向車間匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。

四、結(jié)論

總之，機(jī)組振動(dòng)測試結(jié)果是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來，不少機(jī)組因振動(dòng)大而拖延了投產(chǎn)期和檢修期。對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行來說，接收了振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)督，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測做到制度化、經(jīng)常化，必須在機(jī)組振動(dòng)突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時(shí)，及時(shí)果斷地將機(jī)組停運(yùn)，防止擴(kuò)大損壞或?qū)φ駝?dòng)雖然增大，但尚未達(dá)到規(guī)程規(guī)定緊急停機(jī)數(shù)值的異?，F(xiàn)象。及時(shí)對(duì)比分析，查找原因，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

作者簡介：趙珣（1982－），女，內(nèi)蒙古根河人，湛江電力有限公司助理工程師，研究方向：集控工程師。