汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)與有效防范方式分析

王勇

（蘭州西固熱電有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730060）

汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)與有效防范方式分析

王勇

（蘭州西固熱電有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730060）

汽輪機(jī)作為火力發(fā)電廠三大主設(shè)備之一，但在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)很容易因振動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)的問(wèn)題。本文主要是對(duì)汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)進(jìn)行研究，從而制定完善解決方案，以確保汽輪機(jī)安全運(yùn)行。

汽輪機(jī)；振動(dòng)；預(yù)防

汽輪機(jī)出在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題的原因有很多，而振動(dòng)又是汽輪機(jī)發(fā)展中重要的故障之一，有效的解決問(wèn)題是發(fā)電廠不斷發(fā)展的主要因素。現(xiàn)階段，我國(guó)的電廠工作人員和研究人員也對(duì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行了研究，并且獲得了相應(yīng)解決方法?；鹆Πl(fā)電是我國(guó)主要的發(fā)電形式，因此對(duì)這設(shè)備采取有效的保護(hù)和維修工作，才可確發(fā)電廠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)振動(dòng)的原因

1.1 油膜失穩(wěn)

汽輪機(jī)出現(xiàn)油膜失穩(wěn)的問(wèn)題主要有兩方面：半速渦動(dòng)和油膜振蕩。前者主要是指在轉(zhuǎn)子的速度小于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，在提高轉(zhuǎn)速時(shí)，從較低的轉(zhuǎn)速開(kāi)始，一般情況下，這種振動(dòng)會(huì)逐漸向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，也有可能達(dá)到某一轉(zhuǎn)速就會(huì)不見(jiàn)。但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化時(shí)，渦動(dòng)的頻率也會(huì)出現(xiàn)變化，但是相應(yīng)的轉(zhuǎn)度頻率卻沒(méi)有變化[1]。

1.2 氣流振動(dòng)

出現(xiàn)氣流振動(dòng)的原因有很多種，其中主要分為以下兩個(gè)方面：①定隙激振，受到汽輪機(jī)工作效果和功能不斷發(fā)展的影響，相應(yīng)的工作人員應(yīng)用了提升工作速度和增加級(jí)數(shù)的模式，級(jí)數(shù)的改變促使轉(zhuǎn)子的跨距逐漸變長(zhǎng)，相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速不斷降低，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的提升，又促使工作效果和能力逐漸增加，以此減少了軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子的彎曲受到通流部分的間隙影響的，一部分變小，另一部的逐漸增大，變小的熱效率逐漸增大，變大的熱效率逐漸減少，以此導(dǎo)致切向力的作用在軸頸上，促使其旋轉(zhuǎn)的方向是正向。②葉輪流通部分的相互作用力。葉輪和殼體之間出現(xiàn)的間隙很大，只要相應(yīng)的速度達(dá)到2.5倍，就會(huì)有失穩(wěn)的情況。葉輪帶可以產(chǎn)生一定量的失穩(wěn)力，當(dāng)沿葉輪帶的能量守恒時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨損，活塞式的密封流動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)很大的切口，而出現(xiàn)磨損的地方也會(huì)增加，促使進(jìn)入密封的流動(dòng)切向力逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致一定的振動(dòng)。出現(xiàn)這種問(wèn)題時(shí)，葉輪圍帶力具備對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力的穩(wěn)定能力，相應(yīng)的流向量就會(huì)產(chǎn)生一定的切向速度。氣流一般出現(xiàn)在數(shù)據(jù)較高的高壓轉(zhuǎn)子中。一般情況下，渦動(dòng)的運(yùn)行方向都是向前的，相應(yīng)的軌跡呈現(xiàn)橢圓形或是圓形，在出現(xiàn)震蕩的過(guò)程中，伴隨著震蕩的不斷增加，逐漸接近偏大率，而自激振動(dòng)的頻率逐漸接近轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)的一定頻率。流體激振出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，轉(zhuǎn)子也會(huì)出現(xiàn)自激振動(dòng)的狀態(tài)，最大的振幅通常不會(huì)出現(xiàn)在軸承的傳感器中[2]。

1.3 膨脹不均

膨脹不均造成的震動(dòng)出現(xiàn)主要原因是受到氣缸膨脹引起的，受到阻礙的汽輪機(jī)軸承位置出現(xiàn)改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的中心產(chǎn)生移動(dòng)，減少軸承的剛度，引起設(shè)備的振動(dòng)。這種振動(dòng)的主要原因分為兩種：①機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)疏水不流暢，在暖管或是暖機(jī)的過(guò)程中，一部分的疏水存留在里面，金屬受到汽水的改變，產(chǎn)生一定的熱量以此變形或是膨脹不均與，導(dǎo)致在應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)摩擦。②在運(yùn)行的過(guò)程中，受到氣溫、壓力以及蒸汽與金屬氣缸的溫度不匹配，促使轉(zhuǎn)子的受熱并不均勻，以此產(chǎn)生一定的變形，促使轉(zhuǎn)子和氣缸膨脹程度不一樣，以此產(chǎn)生了振動(dòng)。

1.4 動(dòng)靜摩擦

出現(xiàn)動(dòng)靜摩擦的主要原因是轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)過(guò)大、質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子偏斜、動(dòng)靜間隙過(guò)于狹隘等情況。現(xiàn)階段，受汽輪機(jī)研究工作成果的影響，相應(yīng)的動(dòng)、靜間隙也在不斷縮小，摩擦的可能性也就逐漸的增加。動(dòng)靜膜材質(zhì)較輕也會(huì)促使汽輪機(jī)出現(xiàn)強(qiáng)大的振動(dòng)，過(guò)于頻繁會(huì)造成轉(zhuǎn)軸的永久性彎曲，整體的軸系統(tǒng)都會(huì)受到影響，并造成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)的防護(hù)措施

2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽輪機(jī)振動(dòng)診斷系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽輪機(jī)的診斷系統(tǒng)是目前剛剛研究出來(lái)的，主要依據(jù)的就是計(jì)算機(jī)信息管理模式。這種系統(tǒng)是模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)字化，像人類(lèi)大腦那樣進(jìn)行信息的處理。汽輪機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行分析原理方法和問(wèn)題提出方案，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Matlab軟件的信號(hào)進(jìn)行管理，結(jié)合相應(yīng)的識(shí)別系統(tǒng)。其主要分為以下幾點(diǎn)：①對(duì)信號(hào)收集系統(tǒng)進(jìn)行安裝，在汽輪機(jī)的各個(gè)振動(dòng)點(diǎn)、機(jī)械箱以及采集設(shè)備進(jìn)行工作。②對(duì)信息進(jìn)行收集，并將相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)收集到一個(gè)文件中，以便于進(jìn)行觀測(cè)和管理。③將信號(hào)進(jìn)行消除，以避免干擾，進(jìn)行對(duì)小波能量的提取和保存。

2.2 油膜失穩(wěn)和油膜震蕩的防護(hù)措施

在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要確保其相應(yīng)的軸系穩(wěn)定性和系統(tǒng)性，在應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行檢修時(shí)，需要關(guān)注防止減少軸系穩(wěn)定性的工作。對(duì)于軸承實(shí)施的防護(hù)工作是確保油膜失穩(wěn)的主要模式，其相應(yīng)的無(wú)量鋼承載系數(shù)為：

但應(yīng)用這種方式很容易降低油膜的厚度，而且潤(rùn)滑油在高溫的狀態(tài)下不斷的工作，很容易出現(xiàn)油質(zhì)老化。

2.3 氣流激蕩的防護(hù)措施

氣流激蕩在我國(guó)實(shí)際發(fā)展的過(guò)程中出現(xiàn)的次數(shù)較少，但不能不關(guān)注。需要工作人員依據(jù)反漩渦的技術(shù)干擾流體的周向運(yùn)轉(zhuǎn)，提升失穩(wěn)的界限轉(zhuǎn)速。這種技術(shù)有很多種有效的控制手段，不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)產(chǎn)生影響，依據(jù)增強(qiáng)軸頸在軸承中的偏心率降低振動(dòng)出現(xiàn)頻率，最后依據(jù)改變軸承的幾何形狀，改變周向的旋流，減少相應(yīng)的切向方強(qiáng)度，提升轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性[3]。

2.4 其他原因的振動(dòng)防護(hù)措施

膨脹不均的主要原因主要是受熱或是加熱出現(xiàn)的阻礙現(xiàn)象，解決問(wèn)題的主要方式就是在實(shí)施之前，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行有效的檢測(cè)，觀看相應(yīng)的管道是否是通暢，在實(shí)施的過(guò)程中是否有積水沒(méi)有排泄，并且注重在疏水時(shí)，有沒(méi)有疏水寄存在管道或是機(jī)體中，若是有需要清潔。主、再熱蒸氣的溫度與金屬氣缸的匹配當(dāng)或是使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需對(duì)各項(xiàng)機(jī)械進(jìn)行檢查，進(jìn)行有效的問(wèn)題進(jìn)行匯總，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效調(diào)整。動(dòng)靜摩擦出現(xiàn)原因主要是設(shè)計(jì)不合理，造成降低了汽輪機(jī)的工作效率，對(duì)損壞零件進(jìn)行有效的替換可以有效的避免動(dòng)靜摩擦。自激振動(dòng)出現(xiàn)的原因主要是參數(shù)設(shè)計(jì)不完善，需在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中不斷的調(diào)整數(shù)據(jù)，并且對(duì)機(jī)械進(jìn)行有效的維修。轉(zhuǎn)子也需要進(jìn)行定期的檢修維護(hù)和保養(yǎng)工作。

圖1

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，汽輪機(jī)的運(yùn)行安全可促進(jìn)電廠的安全生產(chǎn)，不管是零部件、設(shè)備的選型還是設(shè)備的安裝、維修工作，都需工作人員進(jìn)行密切關(guān)注。雖然汽輪機(jī)工作效率在逐漸提升，汽輪機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展過(guò)程中，運(yùn)行的穩(wěn)定性也在不斷增加。但是，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，工作人員一定要注重兩者的相互平衡，確保發(fā)電廠設(shè)備的有效可靠的運(yùn)行，提高供電工作的。

[1]張?jiān)浦?，?yán)正波，崔海波，王龍軍，朱松.汽輪機(jī)啟動(dòng)中過(guò)臨界轉(zhuǎn)速前摩擦振動(dòng)的防范[J].云南電力技術(shù)，2015，04.

[2]朱榮釗.汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及處理[J].廣東科技，2012，24.

[3]姜 微.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)及防止措施探討[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，36.

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1004-7344（2016）20-0217-02

2016-6-30