淺議汽輪機(jī)組常見振動故障及應(yīng)對措施

郭越

摘 要：本文介紹了汽輪機(jī)組出現(xiàn)振動故障的常見原因，通過分析各類故障的特征，合理科學(xué)的制定處理、保護(hù)汽輪機(jī)組的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組 振動故障 特征 原因 處理措施

中圖分類號：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082 （2017） 04-0239-01

在現(xiàn)代化生活生產(chǎn)過程中，電力系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，有著極為重要的地位。機(jī)械設(shè)備逐步向集成化、綜合化以及大生產(chǎn)化方向發(fā)展，明確機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的安全性指標(biāo)已經(jīng)成為各工作部門迫在眉睫的工作。就目前電力系統(tǒng)的發(fā)展來看，汽輪機(jī)組能否順利運(yùn)行已經(jīng)直接關(guān)系到整個電廠電力系統(tǒng)是否能夠運(yùn)行通暢。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是：由于汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境特殊、運(yùn)行規(guī)律突發(fā)性高等因素，在實(shí)際運(yùn)行過程中汽輪機(jī)組發(fā)生故障頻率較高，容易造成蔓延性反應(yīng)從而對整個電力系統(tǒng)造成極大的危害。然而在實(shí)際運(yùn)行過程中并不是無跡可尋，絕大部分汽輪機(jī)組出現(xiàn)故障之前均有一定的異常振動現(xiàn)象發(fā)生。換而言之，電廠汽輪機(jī)組能否安全可靠的運(yùn)行在很大程度上取決于汽輪機(jī)組的振動狀態(tài)。本文整理了常見的振動故障并將詳細(xì)介紹各類汽輪機(jī)組振動故障的特點(diǎn)、影響因素以及相應(yīng)處理措施。

一、汽輪機(jī)組常見振動故障的特征

1.轉(zhuǎn)子問題

轉(zhuǎn)子問題導(dǎo)致汽輪組振動故障主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量失衡。汽輪機(jī)組發(fā)生轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡時(shí)，會出現(xiàn)如下故障特征：一倍頻振動幅值變大，并且出現(xiàn)較小的電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量即高次諧波，整個頻譜出現(xiàn)“縱樹形”現(xiàn)象；在一定轉(zhuǎn)速下，振動的相位和幅值固定不變，出現(xiàn)明顯同頻的振動；軸心的運(yùn)動軌跡形狀不一重復(fù)性差。

汽輪機(jī)組發(fā)生轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因：

1.1 轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不均。汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子在運(yùn)行前，由于加工制造或者部件更換造成其原始質(zhì)地不均，使其原始質(zhì)量不平衡，如果存在此種不平衡則轉(zhuǎn)子在一定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)動特征很穩(wěn)定，無論改變啟動方式、更換機(jī)組參數(shù)還是延續(xù)帶負(fù)荷的時(shí)間，振動的相位和振幅都不會改變。

1.2 轉(zhuǎn)子零件的松動。當(dāng)轉(zhuǎn)子零件松動時(shí)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子工頻振動突然增大，振幅和相位會短時(shí)間內(nèi)增大直至某一固定值。但是只有在振動機(jī)組帶負(fù)荷工作長時(shí)間的情況下才會發(fā)生轉(zhuǎn)子零件的松動。

1.3 轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。轉(zhuǎn)子由于發(fā)生熱彎曲而造成質(zhì)量不平衡時(shí)，其工頻振動會隨著時(shí)間的改變而不斷變化，并且時(shí)間延長，工頻振幅和相位會逐漸變大，延長到一定時(shí)間后振幅和相位為一固定值。

2.油膜振蕩問題

在軸頸帶動潤滑油高速流動時(shí)，高速流動的潤滑油發(fā)生反作用刺激軸頸，從而使軸頸劇烈振動的一種自激振動現(xiàn)象叫做汽輪組的油膜振蕩。若汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振蕩故障，轉(zhuǎn)子渦動方向和轉(zhuǎn)動方向變得相同，軸心的軌跡變?yōu)榛ò晷?，并且會?dǎo)致振動的時(shí)域波形發(fā)生畸變，低頻成分會疊加到工頻的基波上以至于頻率增加變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。

油膜振蕩原因

當(dāng)汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，軸頸呈高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)圍繞軸承中心轉(zhuǎn)動，此時(shí)若受到高速流動的潤滑油刺激，軸頸在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還會以平衡點(diǎn)為中心渦動或者甩轉(zhuǎn)，放大渦動振幅從而導(dǎo)致油膜振蕩。

3.動靜摩擦問題

當(dāng)汽輪機(jī)組中發(fā)生動靜摩擦?xí)r，振動信號會隨著外界條件而改變，這就使得汽輪機(jī)組的動靜摩擦表現(xiàn)出很多的不確定性即某一時(shí)刻出現(xiàn)的征兆在其他時(shí)刻復(fù)現(xiàn)的情況可能就不存在了。

動靜摩擦原因

汽輪機(jī)組的全周碰摩：（1）碰摩點(diǎn)界面轉(zhuǎn)軸中心的平均位置和軸承軸頸中心向所處界面間隙圓中心點(diǎn)偏移；（2）碰摩點(diǎn)處軸承的工頻或通頻最大振幅可以達(dá)到此處軸向界面的問隙圓；（3）轉(zhuǎn)子的橫向固有周期緩慢降低；（4）正向全周摩擦大振幅的振動變?yōu)楣ゎl，并且反向全周摩擦大振幅變?yōu)榕c轉(zhuǎn)速無關(guān)。

汽輪機(jī)組的部分碰摩：（1）相位滯后，振動波形不斷改變并有附加的頻率分量產(chǎn)生；（2）轉(zhuǎn)子振幅會有輕微浮動或者保持不變，但是發(fā)生嚴(yán)重摩擦?xí)r轉(zhuǎn)子振幅會變??；（3）軸心軌跡變?yōu)椤?形”是單點(diǎn)局部碰摩故障，軸心軌跡為花瓣形是多點(diǎn)局部碰摩故障。出現(xiàn)此3種振動現(xiàn)象都是由汽輪組的部分碰摩引起。

4.蒸汽振蕩問題

在汽輪機(jī)組安裝時(shí)，必須確保蒸汽間隙均勻且無偏差，否則會發(fā)生蒸汽對轉(zhuǎn)子作用的不平衡軸向力會導(dǎo)致汽輪組振動故障。比較容易發(fā)生蒸汽振蕩的地方是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子。

蒸汽振蕩原因

當(dāng)轉(zhuǎn)子熱彎曲、氣流作用、汽缸膨脹變形跑偏而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子切向推力發(fā)生時(shí)，都可能發(fā)生轉(zhuǎn)子和靜子軸向間隙的變化而導(dǎo)致偏差，進(jìn)而使汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩故障。一般汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)會發(fā)生如下現(xiàn)象：（1）轉(zhuǎn)子變?yōu)檎驕u動且渦動頻率約為工頻的0.6至0.9倍；（2）在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到一定固定值時(shí)會產(chǎn)生劇烈振動。（3）在一定負(fù)荷值下會發(fā)生強(qiáng)烈振動；（4）強(qiáng)烈振動時(shí)的主要頻率是轉(zhuǎn)子一階的固有頻率，但是頻帶較寬；（5）軸心軌跡變?yōu)闄E圓形；

二、汽輪機(jī)組振動故障的處理措施

1.處理汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的措施。

選用特別的耐熱材料作為轉(zhuǎn)子的制作材料，采用特殊的制作加工工藝來制作轉(zhuǎn)子，因?yàn)槠啓C(jī)組的轉(zhuǎn)子長時(shí)間工作在蒸汽區(qū)，所以要時(shí)常檢測轉(zhuǎn)子是否質(zhì)量平衡。一旦發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組運(yùn)行中轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡現(xiàn)象，就要及時(shí)更換新的轉(zhuǎn)子，避免大范圍與大程度的故障發(fā)生。

2.處理汽輪機(jī)組油膜振蕩故障的措施。

如果確認(rèn)汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振蕩，要及時(shí)使用符合壓力標(biāo)準(zhǔn)的潤滑油減緩摩擦，同時(shí)也要降低潤滑油的黏度以減小油膜的承載力。然而需要加強(qiáng)注意的是，必須在一定范圍內(nèi)降低潤滑油黏度，因?yàn)橐恢碧岣呋蚪档蜐櫥偷酿ざ葧茐臐櫥偷姆植记闆r。在此同時(shí)，還可以使上軸瓦軸承合金的寬度增大、減小軸瓦的頂部間隙以及彎曲軸瓦使其與軸頸間的接觸角減小等措施。

3.處理汽輪機(jī)組蒸汽振蕩故障的措施。

檢查汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩故障，需要對振動信號進(jìn)行分析和監(jiān)測，然后與機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的振動數(shù)據(jù)對比繪制出轉(zhuǎn)子的振動曲線。及時(shí)維修更換轉(zhuǎn)子，以維持汽輪組正常的安全運(yùn)行。

4.處理汽輪機(jī)組動靜摩擦故障的措施。

檢修人員必須經(jīng)常對轉(zhuǎn)子進(jìn)行維護(hù)檢查，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子間出現(xiàn)間隙等異常要及時(shí)采取相應(yīng)處理措施或者更換轉(zhuǎn)子，以確保汽輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境是高濕、高溫和高壓，持續(xù)工作時(shí)間長，而且持續(xù)受到氣流和高速旋轉(zhuǎn)作用力的作用，所以很容易導(dǎo)致動靜摩擦故障，應(yīng)經(jīng)常查驗(yàn)是否出錯。

三、保護(hù)汽輪機(jī)組振動故障的措施

相關(guān)工作人員需要在電廠汽輪機(jī)各個工作細(xì)節(jié)中針對機(jī)組振動頻率等進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，公司也必須制定嚴(yán)格周密的相應(yīng)保護(hù)措施，以達(dá)到有效的抑制突發(fā)性、蔓延性的汽輪機(jī)組振動故障問題。汽輪機(jī)組也應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的軸承振動頻率測量設(shè)備，系統(tǒng)監(jiān)視汽輪機(jī)組在各時(shí)段運(yùn)行過程中的振動狀態(tài)，并且保證在振動參數(shù)超過預(yù)定限值的情況發(fā)生時(shí)機(jī)器可主動發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號，來提醒工作人員及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，最大限度地減少振動事故的發(fā)生。

對于汽輪機(jī)組而言，除了在發(fā)生故障后及時(shí)采取合理的處理措施外，更為重要的是故障發(fā)生前的監(jiān)控保護(hù)措施。汽輪機(jī)組中裝設(shè)振動保護(hù)裝置，如果發(fā)生汽輪機(jī)組的振動超過限值時(shí)，由脈沖信號來啟動保護(hù)程序控制電路，使得主汽門能夠及時(shí)關(guān)閉。通過大量實(shí)踐證明，安裝振動保護(hù)裝置在異常振動發(fā)生時(shí)控制汽輪機(jī)組緊急停機(jī)，對保證汽輪機(jī)組安全運(yùn)行具有很大的保護(hù)作用。

總之，在發(fā)生汽輪機(jī)組故障的事故尤其是程度較深的設(shè)備損害事故中，大部分都有明顯的振動特性表現(xiàn)出來。所以說，分析汽輪機(jī)組振動特征是汽輪機(jī)組故障預(yù)報(bào)和診斷的重要手段。本文結(jié)合汽輪機(jī)組故障顯出的一般現(xiàn)象，仔細(xì)探究了汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動故障的原因及其引起的相關(guān)振動現(xiàn)象，并且提出了相應(yīng)的對策來解決汽輪機(jī)組故障，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。然而這些振動故障現(xiàn)象要論實(shí)際情況而定，這就要求日常工作中維修人員在對汽輪機(jī)組多多保持監(jiān)測，仔細(xì)排查誘發(fā)各類振動故障的因素，一旦發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)采取妥善的方法處理。此外工作人員也要不斷引進(jìn)新的方法來檢測分析，結(jié)合積累的工作經(jīng)驗(yàn)，盡可能的使汽輪機(jī)組安全運(yùn)行。

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