汽輪發(fā)電機(jī)組振動的影響因素分析

潘樹穎

摘 要：汽輪發(fā)電機(jī)組在設(shè)計制造、安裝、檢修和運(yùn)行幾個方面都有可能引起軸承的振動，并簡單介紹了汽輪發(fā)電機(jī)組的振動機(jī)理及影響因素。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)組；振動；影響因素

汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，而對于發(fā)電廠來說安全運(yùn)行能帶來最大的經(jīng)濟(jì)效益。引起汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動過大或者異常的原因有很多，既有設(shè)計制造方面的原因；也有運(yùn)行方面的原因；還有安裝和檢修等方面的原因。下面就這幾個影響因素分別進(jìn)行一個簡單的介紹。

1 設(shè)計制造方面

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合則會因?yàn)檗D(zhuǎn)子的不平衡而產(chǎn)生一個離心力，這個離心力會對軸承產(chǎn)生一個激振力而使之引起機(jī)組振動，如果這個離心力過大，則機(jī)組的振動就會異常。所以，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在裝配時每裝配一級葉片都應(yīng)該對該級葉片進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，整個轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對整個轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速和高速動平衡，以確保轉(zhuǎn)子的不平衡量在一個合格的范圍內(nèi)。例如，在設(shè)計階段機(jī)組支持軸承的選用也是非常重要的，如果軸承選取不當(dāng)，也會因?yàn)檩S承的穩(wěn)定性較差，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子哪怕是極小的不平衡量也會引起機(jī)組較大的振動；軸承的油膜形成不好也極易誘發(fā)油膜振蕩而產(chǎn)生振動。

2 安裝和檢修方面

汽輪發(fā)電機(jī)組在安裝和檢修過程中的工藝質(zhì)量對機(jī)組振動的影響非常大，根據(jù)對現(xiàn)場機(jī)組振動的分析，很多汽輪發(fā)電機(jī)組的軸承振動過大都是由于安裝和檢修不當(dāng)引起的，或者說機(jī)組的振動很多時候都是可以通過安裝或檢修來解決的。針對現(xiàn)場的安裝和檢修情況，下面重點(diǎn)介紹對機(jī)組振動有明顯影響的幾個因素。

（一）軸承的標(biāo)高。不管是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標(biāo)高不在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，那么轉(zhuǎn)子兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理。負(fù)荷較輕的一邊，軸瓦內(nèi)的油膜將會形成不好或者根本不能建立油膜，這樣就會誘發(fā)機(jī)組的自激振動、油膜振動和汽流激振等；而負(fù)荷較重的一邊，由于吃力太大，會引起軸瓦溫度升高，當(dāng)軸瓦烏金溫度達(dá)到一定值時，很容易產(chǎn)生軸瓦烏金過熱現(xiàn)象，從而造成機(jī)組的振動。因?yàn)橹圃鞆S家提供的數(shù)據(jù)是根據(jù)機(jī)組冷態(tài)時的情況再綜合一般機(jī)組受熱后膨脹的情況得出的，由于各臺機(jī)組的實(shí)際情況不盡相同，因此受熱后的膨脹也不完全一樣，所以必須結(jié)合各廠的實(shí)際情況對機(jī)組軸承標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

（二）軸承自身特性。軸承自身特性對機(jī)組振動的也會產(chǎn)生影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機(jī)組振動超標(biāo)。軸承的連接情況主要對軸承剛度產(chǎn)生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊。在現(xiàn)場，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于連接螺栓未擰緊而引起振動的現(xiàn)象。

（三）機(jī)組中心。嚴(yán)格來講，機(jī)組中心應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。關(guān)于軸承標(biāo)高對機(jī)組振動的影響，前面已經(jīng)講到?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹其它的兩個方面：如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸系同心度和平直度會直接產(chǎn)生振動的激振力，引起機(jī)組的振動。

（四）滑銷系統(tǒng)。不論是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，但是不能讓其自由膨脹，滑銷系統(tǒng)就是用于引導(dǎo)機(jī)組膨脹的。當(dāng)由于某種原因使滑銷系統(tǒng)卡澀時，機(jī)組的膨脹就會受到限制，當(dāng)機(jī)組的膨脹受到限制時就會引起機(jī)組較大的振動，嚴(yán)重時以至于不能開機(jī)或者引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。由于膨脹受到限制而無法開機(jī)的現(xiàn)象在現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)，因此在檢修和安裝期間應(yīng)該對此引起高度重視。

（五）動靜間隙。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和汽、軸封之間以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機(jī)內(nèi)效率會降低；當(dāng)汽輪機(jī)與軸封之間的間隙過大時可能會引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時同樣會影響發(fā)電機(jī)的效率。但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動靜碰磨，會使機(jī)組的振動超標(biāo)。因此合理調(diào)整隔板汽封、端部汽封以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙是非常重要的。

3 運(yùn)行方面

如果在機(jī)組設(shè)計制造、安裝和檢修期間各方面都能保證質(zhì)量，那機(jī)組就不會發(fā)生振動大而影響運(yùn)行了嗎？答案是否定的，機(jī)組的振動除了與上面闡述的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況存在很大的關(guān)系。

（一） 機(jī)組膨脹。前面已經(jīng)講到，機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對機(jī)組振動的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在問題時，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時，極易引起機(jī)組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動。

（二）潤滑油溫。軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動的產(chǎn)生。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個合理的范圍內(nèi)，過高過低都對油膜的形成不利。

（三）軸封進(jìn)汽溫度。 每一軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響。軸封進(jìn)汽溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機(jī)組振動的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及。

（四）機(jī)組真空和排汽缸溫度。機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn)生影響。

（五）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流。 當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時，由于膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身存在膨脹不均時，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡，而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時也會隨之消失。

（六）斷葉片。當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時可能不會被察覺，因?yàn)檎駝拥淖兓劝ㄕ駝哟笮〉淖兓舶ㄕ駝酉辔坏淖兓F(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設(shè)計制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時應(yīng)盡量平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉忠，汽輪機(jī)級的變工況計算中存在的問題及改進(jìn)[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1998，40（6）：332-334.

[2]路文，.汽輪機(jī)技術(shù)，1997，41（6）：352-354.