淺析汽輪機安裝振動原因及防范策略

胡松山，王甫

（中電建湖北電力建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430000）

社會經(jīng)濟與科技的發(fā)展，推動了我國電力領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。汽輪機是電力系統(tǒng)的重要部分，汽輪機安裝過程非常復雜，對專業(yè)技術(shù)要求高，安裝中受到各種因素影響，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都會影響日后發(fā)電機廠的正常工作。有效地避免汽輪機在安裝中出現(xiàn)故障十分重要，本文對汽輪機安裝中的震動原因及預防策略進行了分析研究，為相關(guān)技術(shù)人員進行安裝工作提供幫助，確保汽輪機安裝工作順利有序地開展。

1 汽輪機發(fā)電機組故障診斷處理的意義

汽輪機是以蒸汽為工作介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式原動機，具有單機功率大、運行平穩(wěn)、使用壽命長等系列優(yōu)點，在現(xiàn)代大型火電廠中，以汽輪機為原動機驅(qū)動同軸發(fā)電機生產(chǎn)電能?；鹆Πl(fā)電廠中三大部分都屬于旋轉(zhuǎn)機械的汽輪機在火電廠生產(chǎn)中處于至關(guān)重要的地位。汽輪機組發(fā)生故障會帶來巨大的經(jīng)濟損失，引發(fā)嚴重的安全隱患。轉(zhuǎn)子的外形是軸對稱旋轉(zhuǎn)體，實際上，因制造水平與裝配誤差，轉(zhuǎn)子質(zhì)心與轉(zhuǎn)子幾何中心不重合產(chǎn)生了質(zhì)量的偏差。偏心質(zhì)量使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的離心力，在通過旋轉(zhuǎn)中心線的靜止面上投影是周期性簡斜外力，引起轉(zhuǎn)子震動的激振力，轉(zhuǎn)子與其他彈性體一樣有自己的自振頻率，激振力頻率與轉(zhuǎn)子震動頻率相等時產(chǎn)共振現(xiàn)象。共振時彈性體振幅大，會對汽輪機發(fā)電機組造成嚴重的影響，汽輪機事故中，以震動發(fā)生的事故比例最大。機組正常運行振動值與變化應較小，機組振動值變化大，說明設(shè)備出現(xiàn)了一定程度的故障。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷領(lǐng)域的應用中，多側(cè)重于大型發(fā)電機組等方面，大多采用頻譜分析法對網(wǎng)絡(luò)進行訓練，本文將頻譜法與軸心軌跡作為訓練樣本相結(jié)合，更準確實現(xiàn)故障診斷。根據(jù)汽輪機發(fā)電機組常見的故障特征，在訓練樣本中加入軸心軌跡特征數(shù)據(jù)，找出分類能力、學習速度等方面相對優(yōu)秀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高診斷的準確性。

2 燃氣機組振動原因分析

大型機組振動故障分析是復雜的問題，其具有多種故障，可能具有相同征兆，故障因多種原因造成，很難將機組解體進行徹底檢查，機組的啟停次數(shù)受到經(jīng)濟性與安全性的限制，需對機組結(jié)構(gòu)，故障特征等進行深入的研究?，F(xiàn)場發(fā)生的故障中屬于轉(zhuǎn)子不平衡的比例高達90%，忽略軸承座動剛度隨轉(zhuǎn)速的改變影響。引起燃氣輪機質(zhì)量不平衡的原因主要是部分葉片或圍帶脫離，長期運行使壓氣機葉片出現(xiàn)嚴重軸向不均勻磨損，長期運行使轉(zhuǎn)子中心不同程度積垢。高壓大容量發(fā)電機組因徑向間隙小，稍有不慎可能發(fā)生動靜摩擦，在空負荷情況下也會發(fā)生，可能導致大軸彎曲事故，為提高效率與減少漏氣量，動靜間隙設(shè)計不斷變小，標高變化等因素對轉(zhuǎn)子在氣缸中位置的影響不斷增大。導致動靜部件間摩擦的概率不斷提高。油膜震蕩是因軸承油膜力引起的危害較大的故障，如結(jié)構(gòu)混色機或運行不當，易發(fā)生此類故障。早期投產(chǎn)的汽輪發(fā)電機組約14%的機組發(fā)生油膜振蕩。 影響油膜振蕩的主要因素是外界干擾過大與軸系穩(wěn)定性。外界擾動可能使系統(tǒng)提前處于失穩(wěn)狀態(tài)。

3 汽輪機安裝中的注意事項

汽輪機基礎(chǔ)放線，墊鐵布置，臺板就位后進行軸承安裝，安裝中必須按照圖紙技術(shù)要求進行操作。注意軸承座幾何中心必須與軸頸承力中心一致。否則機組運行時，軸承幾何與軸頸承力中心不一致產(chǎn)生力矩，軸承向剛度不足產(chǎn)生軸向震動，增大軸承座的連接剛性，軸承座地面與基礎(chǔ)面接觸點要達到75%以上。多數(shù)汽輪機轉(zhuǎn)子軸承采用可傾瓦式，可避免油膜震蕩?？蓛A瓦自由擺動，吸收轉(zhuǎn)軸震動能量，在安裝中注意保證軸承蓋與軸瓦間緊力符合圖紙要求。如緊力過大可能使軸承變形，緊力過小會出現(xiàn)震動。軸承的連接緊力對其剛度會產(chǎn)生影響，必須將軸承各連接螺栓擰緊。施工中往往因連接螺栓緊力不足引起震動。支持軸承軸瓦的墊塊承受鉆子質(zhì)量及轉(zhuǎn)動時因不平衡引起的離心力，墊塊確定轉(zhuǎn)子位置，施工中每塊墊塊接觸痕跡應占墊塊總面積的70%以上。推理軸承是轉(zhuǎn)子相對于氣缸的膨脹死點，如轉(zhuǎn)子軸向竄動量過小不能保證推力瓦塊形成正常的油膜厚度，如竄動量過大，會使推力瓦塊受到較大沖擊。

汽輪機兩端由軸承支撐，如兩端軸承標高超出設(shè)計范圍，則兩端軸承負荷分配不合理，負荷較重的一邊因吃力過大引起軸瓦溫度升高，易產(chǎn)生軸瓦烏金過熱的現(xiàn)象。負荷較輕的一邊軸瓦內(nèi)油膜形成不好，誘發(fā)機組的自激震動與氣流激震等。制造廠提供的數(shù)據(jù)根據(jù)機組棱態(tài)時情況得出，各臺機組實際情況不同，受熱后膨脹不同，汽輪機安裝時應根據(jù)廠家技術(shù)要求，對機組軸承標高進行調(diào)整。安裝中注意使缸體中心保持一致，轉(zhuǎn)子中心與隔板中心一致。如缸內(nèi)動靜部分不同心，則會造成運行時蒸汽在周圍不均勻泄漏。動靜部分中心嚴重超標會引起動靜摩擦，使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，出現(xiàn)強迫震動。安裝中應注意機組棱臺與熱態(tài)膨脹情況不同，安裝時可先對汽缸體相對于轉(zhuǎn)子中心作適當調(diào)整，保證轉(zhuǎn)子與氣缸的同心度基本一致。

轉(zhuǎn)子水平放置時，機組各轉(zhuǎn)子安裝后其中心線連接應在一條光滑連續(xù)的曲線上，如曲線位置形狀不同，曲線可按軸承不同位置確定。鉆子連接在一起，方能保證轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運行。轉(zhuǎn)子揚度確定后，各軸承符合，軸向力隨之而定。此外，要保證聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸同心，連接螺栓緊力對稱。否則會造成軸系不同心與不平直。轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸系同心度會產(chǎn)生震動激振力引起機組震動。無論汽輪機或發(fā)電機，機組帶負荷受熱后產(chǎn)生膨脹，滑銷系統(tǒng)用于引導機組膨脹，因某種原因使滑銷系統(tǒng)卡塞時機組膨脹受限，引起機組較大的震動。嚴重時會造成破壞，膨脹受限無法開機的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，安裝中應注意此問題。汽輪機與氣缸之間存在間隙，汽輪機轉(zhuǎn)子與氣缸間隙過大時會降低汽輪機內(nèi)效率，可能引起蒸氣外露，影響機組的效率。發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子間的間隙過大會影響發(fā)電機效率，但間隙過小會引起動靜碰膜，合理地調(diào)整隔板對氣封及發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子間隙非常重要。

4 汽輪機安裝中振動故障的預防策略

基礎(chǔ)安裝的成敗對汽輪機日后正常運行有很大的影響?；A(chǔ)受到自重影響出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，振動會隨著汽輪機荷載變化。施工人員應嚴格遵守設(shè)計圖紙施工，避免發(fā)生不規(guī)則沉降等現(xiàn)象。軸承座安裝技術(shù)要求很高，需嚴格按照設(shè)計圖紙操作。要保證軸承安裝與標準統(tǒng)一。在汽輪機安裝中，有效的防止軸承成立中心與幾何中心出現(xiàn)偏離情況。規(guī)范施工人員的操作行為，確保軸承安裝的合理準確性汽輪機低壓缸體積較大，進行氣缸安裝時需與冷凝器連接，安裝難度較大，為避免發(fā)生變形引起振動，需排出外界干擾因素，提高安裝質(zhì)量，確保汽輪機穩(wěn)定運行。施工人員需結(jié)合設(shè)計圖紙調(diào)整氣缸內(nèi)外位置，避免因轉(zhuǎn)子與隔板間空間分布不均造成蒸汽泄漏，影響汽輪機的正常運轉(zhuǎn)。因汽輪機在工作中溫度逐漸升高，設(shè)備隨溫度升高膨脹，技術(shù)人員應注意在安裝中做好調(diào)整。

發(fā)電廠汽輪機中的汽輪轉(zhuǎn)子普遍是可傾瓦式，能防止油膜發(fā)生震蕩，但可傾瓦增加了支撐柔性，賦予了可傾瓦減震特性，安裝中要避免軸承蓋變形。支持軸承瓦是安裝汽輪機的重要環(huán)節(jié)，應注意支持軸承瓦墊塊的安裝，轉(zhuǎn)子受點墊塊的影響，應保證墊塊能均勻承重，防止汽輪機工作中發(fā)生震動。推力軸安裝中要確保轉(zhuǎn)子軸向與設(shè)計圖紙要求吻合，防止過大推力導致油膜厚度偏小。汽輪機氣缸會受到壓力等因素影響，引起缸體與轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生偏離，控制銷與銷槽的間隙縫在規(guī)定范圍內(nèi)十分重要。在氣機缸體中安裝滑銷，確保汽輪機動靜部分中心位置在膨脹中達到標準，保障汽輪機能穩(wěn)定的供應能源。汽輪機安裝中涉及到很多細小零件，工作人員需仔細認真檢查。一旦有零部件進入氣缸機內(nèi)，會在強大氣流下?lián)p壞汽輪機葉片，如零部件存留于發(fā)電機中，可能引發(fā)電機短路，影響發(fā)電廠正常工作。

5 結(jié)語

發(fā)電廠汽輪機安裝是一項復雜系統(tǒng)的工程，每個操作環(huán)節(jié)的失誤都會影響最終的安裝質(zhì)量，工作人員在安裝中必須嚴格按設(shè)計標準進行操作，針對發(fā)現(xiàn)的問題盡快提出解決方案，加強對安裝現(xiàn)場的技術(shù)管理，提高安全水平，確保汽輪機投入運行后穩(wěn)定。