電廠汽機(jī)異常振動(dòng)故障及診斷分析

王濤

摘 要 在電廠安全生產(chǎn)中，汽輪發(fā)電機(jī)組是電廠生產(chǎn)的重要設(shè)備，其自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)子在高溫工質(zhì)中高速旋轉(zhuǎn)，受到多重力的影響，轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常概率也較高，尤其是在開、停機(jī)的過程中，由于運(yùn)行參數(shù)和部件狀態(tài)的穩(wěn)定性問題，發(fā)生概率增大不少?；诖?，本文對(duì)汽輪機(jī)異常振動(dòng)的特性進(jìn)行分析，以此進(jìn)行故障原因的診斷，并相應(yīng)提出解決措施和建議。

關(guān)鍵詞 電廠汽輪機(jī);異常振動(dòng);故障原因;振動(dòng)分析

電廠汽輪機(jī)在啟、停及運(yùn)行中各軸承振動(dòng)參數(shù)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，可以這樣說，電廠汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定可靠性，很大程度上可以認(rèn)為取決于汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)，它是機(jī)組安全運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，也是檢驗(yàn)大修質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過大的危害是多方面的，如基礎(chǔ)損壞、動(dòng)靜摩擦，處理不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生葉片斷裂、葉輪損壞、汽封損壞、隔板變形破裂、大軸彎曲、部件損壞、本體設(shè)備損壞，廠房損壞，人身傷害等重大事故，因此汽輪發(fā)電機(jī)組各軸承振動(dòng)的監(jiān)測(cè)及異常振動(dòng)故障診斷分析尤為必要，電廠也一直比較重視該問題，但該問題在電廠機(jī)組運(yùn)行中仍存在且難以避免，為此一旦發(fā)生我們必須分析出原因，制定相應(yīng)的解決方案，才能保證機(jī)組的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析

通常情況下，要嚴(yán)密監(jiān)控機(jī)組的各軸承振動(dòng)情況，嚴(yán)禁振動(dòng)超規(guī)程規(guī)定范圍。引起汽輪發(fā)電機(jī)組各軸承振動(dòng)大的原因有很多，需要依據(jù)具體情況分析。主要原因有：

動(dòng)靜部分摩擦。隨著當(dāng)前機(jī)組參數(shù)，機(jī)組容量的提高，機(jī)組動(dòng)靜流通部件間隙較小，再加上熱膨脹和熱變形的影響，通流間隙要求較高，因此安裝和檢修一定要嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)要求。即要減少級(jí)間漏氣，又要保證汽輪機(jī)的設(shè)備安全。在汽輪機(jī)啟、停過程中轉(zhuǎn)子受熱速度比較汽缸要快，更易產(chǎn)生軸向脹差，減小軸向間隙，進(jìn)而引起軸向動(dòng)靜摩擦，因此需要合理進(jìn)行軸向脹差的控制。從其產(chǎn)生的原理看，大多數(shù)情況下，脹差的大小是由轉(zhuǎn)子加熱或者冷卻速度的快慢決定，因此關(guān)鍵是要在啟停時(shí)控制好蒸汽量與溫升率或者溫降率。同時(shí)，由于抽氣管道等布置不同也會(huì)引起上、下汽缸存在溫差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和汽缸徑向間隙產(chǎn)生變化，進(jìn)而引起徑向摩擦。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。產(chǎn)生的原因有：原始轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)過程中有部件松脫和轉(zhuǎn)子熱彎曲。另外，在汽機(jī)啟停過程中，轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的剛度變化，當(dāng)汽輪機(jī)膨脹受到阻礙，將引起各軸承之間位置、標(biāo)高發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心破壞，同時(shí)各軸承座與臺(tái)板間的接觸狀態(tài)也將發(fā)生變化，引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)新的不平衡，滑銷系統(tǒng)卡澀或者是汽缸疏水不暢，使得局部機(jī)械變形等均會(huì)使得系統(tǒng)振動(dòng)變大。

機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)。在汽輪機(jī)組啟停過程中，往往會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，尤其是在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組各軸承振動(dòng)較大，但應(yīng)在技術(shù)規(guī)范要求范圍內(nèi)，否則要考慮是否速率過快，熱不平衡或其他原因。如果機(jī)組在運(yùn)行中，突然出現(xiàn)不正常的振動(dòng)和異聲，大多數(shù)是由于維護(hù)操作不當(dāng)引起的，要分析操作及蒸汽參數(shù)等是否變化所致或其他原因。

汽輪機(jī)通流部分存在硬質(zhì)物或者部件損壞。如果蒸汽品質(zhì)不符合要求，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后在機(jī)組噴嘴，葉輪等流道結(jié)垢，減小通流面積，增大機(jī)組軸向推力，推力瓦溫升高，影響機(jī)組的帶負(fù)荷能力，同時(shí)通流面積的減小及變化不均，又會(huì)引起汽流自激振動(dòng)，引起軸系統(tǒng)振動(dòng)增大。

電磁干擾引起的振動(dòng)。該問題需與電氣人員一同檢查勵(lì)磁機(jī)整流子及碳刷磨損等情況。

汽輪發(fā)電機(jī)組自激振動(dòng)。常遇到的且主要考慮油膜自激，它主要發(fā)生在汽機(jī)啟動(dòng)過程中，我們應(yīng)熟悉油膜自激振蕩的特點(diǎn)并及時(shí)做出正確的判斷，油膜自激振蕩的特點(diǎn)是振動(dòng)的主頻率約等于第一臨界轉(zhuǎn)速，而且總是出現(xiàn)于二倍于第一臨界轉(zhuǎn)速之后，軸承的頂軸油壓發(fā)生劇烈擺動(dòng)，軸承能聽到撞擊聲音等，所以只有當(dāng)我們確定了原因后，才能采取相應(yīng)的措施[1]。

2電廠汽機(jī)振動(dòng)異常的防止措施

通過上述分析得知，引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)大的原因較多，為了避免汽輪機(jī)振動(dòng)大繼而引發(fā)故障，提出以下措施和建議：

集控人員要監(jiān)測(cè)好機(jī)組各道軸承的振動(dòng)，上、下缸溫差，脹差，蒸汽溫度，壓力等參數(shù)。確保振動(dòng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)系統(tǒng)正常投入且可靠。根據(jù)脹差變化的規(guī)律，制定出可行的防護(hù)措施，并找到避免脹差增大的正確方法。同時(shí)，集控人員也要掌握汽機(jī)冷熱態(tài)啟動(dòng)的膨脹規(guī)律，對(duì)機(jī)組進(jìn)汽量、溫升率或者溫降率、暖機(jī)時(shí)間及真空度等進(jìn)行調(diào)整，減少機(jī)組的振動(dòng)。

全面進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)禁振動(dòng)超規(guī)程規(guī)定范圍。針對(duì)機(jī)組啟、停和正常運(yùn)行中要注重監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的軸系統(tǒng)振動(dòng)。還要做好定期檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)存在異常情況，要及時(shí)上報(bào)并分析處理。

對(duì)汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量及合理調(diào)整。在每一次的機(jī)組大修時(shí)，務(wù)必對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子間隙仔細(xì)測(cè)量，按技術(shù)規(guī)范進(jìn)行合理調(diào)整。

全面進(jìn)行脹差監(jiān)視，尤其是在汽機(jī)啟停及變工況狀態(tài)下，要對(duì)脹差變化進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)蒸汽量、壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行有效、及時(shí)調(diào)整和控制。機(jī)組處于冷態(tài)啟動(dòng)狀態(tài)，交變熱應(yīng)力和脹差變化會(huì)加快，要密切關(guān)注脹差變化，控制好升速率，以此保證脹差值在正常合理的范圍內(nèi)，如果振動(dòng)強(qiáng)烈兩端軸封或通流部分有金屬摩擦聲，應(yīng)停止啟動(dòng)，查找原因消除之，如果振動(dòng)不大應(yīng)立即降低轉(zhuǎn)速（或負(fù)荷），直至振動(dòng)消除，在低速暖機(jī)10～15分鐘后再逐漸提升轉(zhuǎn)速（或負(fù)荷）。若重復(fù)2～3次，仍然振動(dòng)異常應(yīng)停止啟動(dòng)，查找原因。

注重轉(zhuǎn)子部件的安全監(jiān)督，避免出現(xiàn)葉片或其連接件脫落的情況。在進(jìn)行汽輪機(jī)組初裝或者大修后，要仔細(xì)對(duì)轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行檢查，尤其是曾發(fā)生過缺陷檢修的級(jí)，要仔細(xì)檢查其是否有裂紋、損傷變形的情況，而且在每項(xiàng)檢查之后都要詳細(xì)記錄并存檔簽字。

對(duì)主蒸汽的壓力、溫度等參數(shù)變化密切關(guān)注，要將這些參數(shù)值控制在正常合理的范圍內(nèi)，避免機(jī)組受到水沖擊。汽機(jī)與鍋爐要加強(qiáng)聯(lián)系，確保進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)在技術(shù)規(guī)程要求范圍內(nèi)。

對(duì)機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，發(fā)現(xiàn)異常要結(jié)合異常項(xiàng)目分析原因，及時(shí)將故障排除[2]。

3結(jié)束語

總而言之，要求汽輪機(jī)的振動(dòng)大小要在汽機(jī)技術(shù)規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)，異常的振動(dòng)對(duì)電廠安全運(yùn)行來講是一個(gè)重大隱患。它雖在電廠運(yùn)行中是一種常見故障，但是排查難度卻不小，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)故障特征，確定故障部位及產(chǎn)生的原因，找出問題，制定解決方案，確保汽輪發(fā)電機(jī)組安全，穩(wěn)定，連續(xù)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 王國(guó)清.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行技術(shù)問答[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004：19.

[2] 徐貞禧.大型汽輪機(jī)摩擦振動(dòng)診斷與處理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016：51.