余熱電站新裝機組振動大的原因分析及處理

李　隨，買荃，吳思龍

余熱電站新裝機組振動大的原因分析及處理

李隨11，買荃22，吳思龍3

針對余熱電站新裝機組啟動中出現(xiàn)的軸承振動大現(xiàn)象，根據(jù)軸承振動的幾種變化特點，分析了導致機組振動大的原因，并提出解決缺陷的處理方法。對余熱電站新裝機組的啟動試運行，具有一定的指導意義。

新裝機組啟動試運；軸承振動值增大；熱膨脹受阻

1　概述

有些余熱電站的新裝機組在啟動試運時，會出現(xiàn)軸承振動大、超過規(guī)范要求的現(xiàn)象，影響到汽輪發(fā)電機組的正常運行，嚴重者會危及電站設備及運行人員的安全。因此，軸承振動大的問題應引起足夠的重視。

2　軸承振動大的幾種常見形式和特點

2.1振動值隨著暖機時間的延長而增大

（1）機組沖轉(zhuǎn)，升速到低速暖機時，初始振動值不大，隨著暖機時間的延長，振動值逐漸增大。

（2）低速暖機振動值增大后，設備有明顯的擺動。

（3）隨著中速暖機時間的延長，振動值逐漸增大。較嚴重時，振動值會迅速增大至接近聯(lián)鎖保護的設定值。

（4）如縮短中速暖機時間，以較小的振動值進行機組的升速，則過臨界后振動值會迅速增大，接近聯(lián)鎖保護的設定值，只能打閘停機。

2.2振動值隨著轉(zhuǎn)速上升而增大

（1）機組在低速或中速暖機的初始和結束的時間內(nèi)，其振動值變化不明顯。

（2）隨著機組的升速，振動值迅速增大。在通過臨界轉(zhuǎn)速時，振動值增大，超過其臨界轉(zhuǎn)速規(guī)定的最大振動允許值，即接近100μm。

應注意的是：通過臨界轉(zhuǎn)速時，其機組振動一項的聯(lián)鎖保護設定值是解列的。

2.3在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動值突然增大

（1）中速暖機結束，汽輪機升速，通過臨界轉(zhuǎn)速時振動值亦正常，但在接近額定轉(zhuǎn)速或在危急遮斷器進行超速試驗的升速過程中，振動值突然增大，超過規(guī)范要求。

（2）出現(xiàn)上述現(xiàn)象時，轉(zhuǎn)速范圍較小，一般不超過50r/min，但振動值增大很快。

3　軸承振動大的原因分析及處理措施

3.1振動值隨著暖機時間的延長而增大的原因及處理

（1）低速暖機時，即出現(xiàn)振動值隨著暖機時間的延長而增大的現(xiàn)象，其大多是由汽缸膨脹嚴重受阻造成的。

后汽缸以左右兩側托架作為支撐，搭在左右兩側的后汽缸導板上，托架與導板的滑動平面起到支撐汽缸和保證受熱膨脹位移的作用。機組沖轉(zhuǎn)時，受真空、溫度等參數(shù)變化的影響，汽缸的熱膨脹隨之變化。

檢查后汽缸與排汽短節(jié)連接法蘭的四周側邊，如在連接法蘭的側邊與排汽缸的基礎孔洞垂直面發(fā)現(xiàn)有二次澆灌時的填充雜物，相當于固定了后汽缸，使熱膨脹受阻，造成低速暖機時振動迅速增大。

出現(xiàn)上述振動情況時，應立即停機，鑿開填充在四周的灌漿水泥或其他雜物。實踐表明，即使汽缸與基礎接觸點較少，其振動的影響也是很嚴重的，必須迅速停機處理。例如，某余熱機組檢查發(fā)現(xiàn)，僅是因為在排汽缸與基礎垂直面之間落下一塊鋼板，卡在間隙處，也同樣出現(xiàn)了上述振動增大的問題。

（2）中速暖機時，振動值隨著暖機時間的延長而增大，其原因也是由于前軸承座及汽缸的膨脹受阻所致。

前軸承座架帶有縱向鍵，不影響前后滑動。而前汽缸是靠貓爪搭在前軸承座的貓爪橫銷上，汽缸熱膨脹時，通過貓爪向前推動前軸承座。

影響機組膨脹的因素如下：

a汽缸和前軸承座連接管道的支架。管道與滑動支架之間的滑動面不允許點焊固定。如發(fā)現(xiàn)支架有固定點，應將接觸的焊點打磨，平面之間打磨至光滑。尤其要注意主蒸汽管道和補汽管道的支架。

b前軸承座連接的油管道。對壓力油管道，管道設計布置時應充分考慮設置能夠吸收熱膨脹余量的彎管段。對潤滑油回油管道，其剛度大，不易漏油，多數(shù)汽輪機廠家都配套提供波形補償器。

發(fā)現(xiàn)油管道影響熱膨脹問題時，應考慮增加彎管的修改設計，對回油管道應增設波形補償器。

c凝汽器連接的循環(huán)水管道和凝結水管道。循環(huán)水進出口管道配置有伸縮蝶閥，安裝時應留出壓縮余量，試運時應注意檢查伸縮節(jié)的限位螺栓，松開沿壓縮方向的限位螺母。凝汽器水側放水管安裝時應注意不要將排水管直接埋入地面以下，應改為水平管段排地溝并有膨脹余量。應在凝結水泵入口管道的垂直管段設置波形補償器。

無論是低速暖機還是中速暖機，都應該檢查前軸承座處的絕對膨脹值是否正常。如暖機過程中，振動值持續(xù)增大，絕對膨脹值不變，則多數(shù)為機組熱膨脹受阻的原因造成的。

一般而言，同型號機組膨脹值不會出現(xiàn)較大偏差。為掌握熱膨脹的精確數(shù)據(jù)，機組第一次啟動時，應在前軸承座處架百分表，監(jiān)測和記錄各轉(zhuǎn)速時間階段的熱膨脹值，便于準確分析振動故障原因。

3.2振動值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大的原因及處理

（1）汽-發(fā)聯(lián)軸器的中心偏差。

大多汽機廠家會提供聯(lián)軸器中心偏差的標準。未提供標準的，可以按照汽輪機安裝技術規(guī)范的要求進行。需注意的是，初找汽-發(fā)聯(lián)軸器中心合格，進行如二次澆灌、油循環(huán)結束等工序后，應復查校驗聯(lián)軸器中心偏差的變化。

聯(lián)軸器中心偏差超標，應分析其超標的影響因素，進行消缺，并重新找聯(lián)軸器中心。

（2）各軸瓦墊塊接觸情況、軸瓦緊力和瓦頂間隙。

檢查軸瓦墊塊與軸瓦球面座接觸面的接觸情況，墊塊不能出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。例如，某余熱機組初次啟動時，在低速暖機后的升速過程中，1號瓦和4號瓦即發(fā)生振動迅速增大現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)，4號軸瓦的3件墊塊中，左右兩側墊塊的接觸面積僅約為25%左右。分析原因認為，正是由于其4號瓦軸瓦墊塊的懸空現(xiàn)象，造成軸系在4號瓦處擺動，發(fā)電機轉(zhuǎn)子則以3號瓦處作為支點，形成4號瓦向下，作用在汽輪機轉(zhuǎn)子2號軸瓦和1號軸瓦的彎矩，導致其負載交替減小或增加的變化，在軸系擺動的作用下，1號瓦的振動值也出現(xiàn)增大。

軸瓦緊力和頂隙影響軸承的穩(wěn)定性，如軸承的穩(wěn)定性差，受其他因素的影響容易使機組振動超標。因此，出現(xiàn)上述接觸、緊力和間隙等數(shù)據(jù)超標時，應重新調(diào)整處理。

（3）轉(zhuǎn)子的動靜部分摩擦。

以下幾項是摩擦造成振動大的因素，但一般情況振動值不是很大。在機組運行時，用探針可以檢查確認。

a汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸前后軸封汽封塊的摩擦，嚴重時汽缸軸封處可見到摩擦火花。這是由于安裝調(diào)整時汽封的通流間隙過小造成的。如果摩擦不嚴重，可維持某一固定轉(zhuǎn)速暖機，觀察振動和摩擦情況，直至摩擦消失，再繼續(xù)升速。如果不能消除摩擦，只能揭缸處理。

b汽輪機轉(zhuǎn)子與前、中間軸承箱阻汽擋板的摩擦。這是由于安裝調(diào)整時預留的間隙過小造成的。可揭開軸承箱，用塞尺檢查和調(diào)整阻汽擋板的徑向間隙，必要時拆下阻汽擋板打磨或刮研處理阻汽擋板。

c發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子前后端蓋的風擋摩擦。這是由于安裝調(diào)整時預留的間隙過小造成的?？山议_發(fā)電機靜子端蓋，用塞尺檢查和調(diào)整風擋的徑向間隙，必要時拆下風擋刮研處理風擋。

3.3在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動值突然增大的原因及處理

如上所述，機組接近額定轉(zhuǎn)速或在進行危急遮斷器超速試驗的升速時，振動值突然增大，超過規(guī)范要求。這一振動特點通常源于油膜振蕩的發(fā)生。

油膜振蕩的主要特點，一是可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達到臨界轉(zhuǎn)速時同等或更加激烈的振幅；二是發(fā)生于轉(zhuǎn)軸兩倍臨界轉(zhuǎn)速以上，其甩動方向與轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向一致。

由上述特點得知，油膜振蕩的危害很大，可破壞軸承或整臺機組。

某余熱機組升速至2 970r/min時，機組振動迅速增大，檢查和處理影響熱膨脹的因素后再次啟動，使用動平衡儀監(jiān)測其振動頻率為2X，恰好為臨界轉(zhuǎn)速的兩倍。分析認為，此為典型的油膜振蕩引起振動增大的案例。

造成油膜振蕩的原因：

（1）刮研軸瓦的方式不正確。依據(jù)部分汽輪機廠家要求，汽輪機軸瓦不需現(xiàn)場刮研，因此，一些安裝單位通常不對軸瓦進行刮研，還有一些安裝單位刮研軸瓦的方式不正確，即不能保證軸瓦接觸面和接觸角準確。某余熱機組在過臨界時振動增大，消除膨脹等缺陷后，在超速試驗的某一轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)油膜振蕩現(xiàn)象。軸瓦經(jīng)刮研處理后，消除了油膜振蕩的缺陷。

在處理油膜振蕩缺陷時，采用正確的方式檢查和刮研軸瓦是必要的。

（2）接觸角度過大，即軸瓦的比壓較小。油膜振蕩的理論研究表明，比壓較小，則發(fā)生油膜振蕩的幾率增加。一般汽機廠家規(guī)定，軸瓦烏金的接觸角為60°～75°。

處理油膜振蕩缺陷時，應減小軸瓦的接觸角以增加比壓。一般認為，軸瓦刮研時，保證接觸角度為60°即可。

（3）潤滑油油溫較低。根據(jù)油膜振蕩的理論，潤滑油溫度低，油粘度較大，軸承穩(wěn)定性差，則發(fā)生油膜振蕩的幾率增加。

處理油膜振蕩缺陷時，應在啟動時適當提高潤滑油溫度。一般認為，保證潤滑油溫度為40～45℃是合理的。

4　幾點體會

（1）密切監(jiān)測振動值變化趨勢。即使是低轉(zhuǎn)速的振動，也同樣危害較大，有可能會造成轉(zhuǎn)子的動靜摩擦。例如，某余熱機組在低速暖機時振動大，揭缸處理后，發(fā)現(xiàn)通流部分已經(jīng)出現(xiàn)摩擦。

（2）新裝機組振動大，多是由于熱膨脹受阻。管道安裝應引起重視，管道缺陷使機組熱膨脹受阻，同樣會造成汽缸內(nèi)部的動靜摩擦。要認真查找出影響機組熱膨脹的各項因素，消除管道缺陷的影響，不建議采用隨意揭缸的處理措施。

（3）要解決振動的缺陷，首先應對機組振動形式和特點進行分類排查，雖然動平衡儀分析準確，便于通過振動數(shù)據(jù)分析處理缺陷，但僅適用于特定的不平衡情況。多數(shù)情況是，經(jīng)分析和排查確認，熱膨脹受阻等其他影響因素是振動的主因。

［1］康松，楊建明，胥建群.汽輪機原理［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］寇勝利.汽輪發(fā)電機組的振動及現(xiàn)場平衡［M］.中國電力出版社，2007.■

Cause Analysis and Treatment of Big Vibration for New Unit of Waste Heat Power Station

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2014-10-27；編輯：孫娟