汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)原因分析及處理方法

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(大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春130031)

振動(dòng)現(xiàn)象在火力發(fā)電廠(chǎng)汽輪發(fā)電機(jī)組中普遍存在。汽輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)大小,是評(píng)價(jià)機(jī)組運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備來(lái)講，微小的振動(dòng)是難以避免的，只要振動(dòng)幅度不超過(guò)規(guī)程規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動(dòng)，設(shè)備可以繼續(xù)正常運(yùn)行。汽輪機(jī)的異常振動(dòng)，是指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)。任何一種異常振動(dòng)都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)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)中隱患的綜合反映，是機(jī)組發(fā)生故障的信號(hào)。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)，才能投入正常運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析

汽輪機(jī)組承擔(dān)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)工作。由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。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，如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)等。

受熱的機(jī)件安裝的不正確，在冷態(tài)安裝時(shí)沒(méi)有考慮它們熱態(tài)工作時(shí)的自由熱膨脹、熱變形，使得機(jī)件在受熱工作時(shí)不能自由膨脹而變得有些彎曲，破壞平衡。如各種軸在受熱無(wú)處膨脹時(shí)，將被頂彎，失掉平衡，造成振動(dòng)；機(jī)殼受熱不能自由膨脹時(shí)，也會(huì)變形引起振動(dòng)。某些機(jī)件配合尺寸不符合要求，如軸封片與軸頸配合間隙不對(duì)，配合過(guò)緊，則在受熱時(shí)軸頸與密封片相摩擦，引起振動(dòng)。軸承有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫層、龜裂；軸承與軸瓦安裝間隙不合適；瓦殼在軸承座中松動(dòng)；軸承動(dòng)態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動(dòng)或油膜振蕩等，造成振動(dòng)。機(jī)組基礎(chǔ)不符合要求或基礎(chǔ)下沉，都會(huì)使機(jī)組發(fā)生振動(dòng)。

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。下面就引起汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因:汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1 汽流激振

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(lái)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(zhǎng)，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。

1.2 轉(zhuǎn)子熱變形

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(lèi)似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類(lèi)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。

1.3 摩擦振動(dòng)

摩擦振動(dòng)的特征主要包括以下三個(gè)方面：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(xiàn)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(zhǎng)。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(guò)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(cè)量大軸的晃度比原始值明顯增加。

對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)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)。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排除

針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過(guò)長(zhǎng)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(mǎn)負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線(xiàn)，觀(guān)察曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)和范圍。通過(guò)改變升降負(fù)荷速率，觀(guān)察曲線(xiàn)變化情況。通過(guò)改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門(mén)重調(diào)特性，消除氣流激振。簡(jiǎn)單的說(shuō)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(kāi)產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來(lái)避免汽流激振的產(chǎn)生。

轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理，如果具備條件，可以考慮更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動(dòng)，沒(méi)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)。 也可以對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行修復(fù)，對(duì)轉(zhuǎn)子中心孔探傷時(shí)，里面涂的油一定要清理干凈，并把堵頭堵好。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔與外界相通是發(fā)生轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的主要原因，因此在安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有排氣孔就應(yīng)把它堵死。制造廠(chǎng)應(yīng)取消汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心堵頭的排氣孔或者采用實(shí)心轉(zhuǎn)子。此外，有些轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油是從轉(zhuǎn)子前面吸入的，所以安裝時(shí)還要檢查調(diào)速器小軸是否存在進(jìn)油的隱患。

檢修時(shí)，把前軸承座下部支承面精加工處理，消除凹坑，對(duì)缸內(nèi)磨損的汽封齒進(jìn)行修復(fù)，更換球形墊及下部調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前端軸封套、平衡盤(pán)汽封套、轉(zhuǎn)子、軸承。前軸承座就位后，以缸體為基準(zhǔn)，按原始安裝標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)整軸承座的高度，水平度和左右位置，使軸承座中心同缸體中心同心。

3 加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

大唐長(zhǎng)春二熱公司六臺(tái)200MW機(jī)組都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對(duì)振動(dòng)實(shí)施在線(xiàn)監(jiān)控，給振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作創(chuàng)造了良好的條件。在機(jī)組啟停是，也需要攜帶型振動(dòng)表定期測(cè)試核對(duì)。在正常運(yùn)行時(shí)，還應(yīng)明確規(guī)定測(cè)試振動(dòng)的周期，給汽機(jī)運(yùn)行專(zhuān)業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)配備較高精密度的振動(dòng)表，并建立專(zhuān)業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)保存的振動(dòng)測(cè)試登記簿，按規(guī)定周期測(cè)試并將測(cè)試結(jié)果記入登記簿。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比上次測(cè)試結(jié)果增大時(shí)，專(zhuān)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(cè)試次數(shù)，以監(jiān)測(cè)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(chǎng)保管的振動(dòng)表進(jìn)行測(cè)試，如振動(dòng)比上次測(cè)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(tīng)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)向上級(jí)匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。

4 結(jié)論

總之，機(jī)組振動(dòng)測(cè)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)。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(lái)說(shuō)，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(cè)做到制度化、經(jīng)?；仨氃跈C(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)大損壞設(shè)備。及時(shí)對(duì)比分析數(shù)據(jù)，查找原因，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

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