汽輪機運行振動原因分析及對策研究

喬建兵

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前，電力工業(yè)發(fā)展迅速，能源工業(yè)發(fā)展最快的是熱能。因此，需要對火電廠的發(fā)電設(shè)備進行定期監(jiān)測和維護。在機械運行中，防止低振動是不可能的，只要振幅不超過一定范圍，即可接受。使用汽輪機時，振動不可避免，在規(guī)定的總水平上不會發(fā)生損壞。但由于各種原因，汽輪機的振動可能超過一定范圍，對汽輪機有害，損壞發(fā)動機。汽輪機的安全使用非常重要，汽輪機的異常振動表明汽輪發(fā)電機運行中存在安全隱患，汽輪發(fā)電機需要檢查，本文分析汽輪機的振動原因及處理方法。

1 汽輪機振動特性分析

汽輪機是重要工業(yè)設(shè)備，其工作性質(zhì)是高溫、高壓和高速。由于長期高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴重影響發(fā)電機裝置的正常運行。汽輪機組的異常振動是汽輪機最復(fù)雜的誤差之一，裝置的振動往往受到多方面影響，如汽輪機裝置的參數(shù)、徑流參數(shù)、油溫、油質(zhì)的變化都會引起機組振動。因此必須分析汽輪機異常振動的原因。只有在已知條件下結(jié)合實際情況，分析汽輪機振動異常的原因，進行總結(jié)和討論，決定汽輪機檢修方法。如果設(shè)備初始啟動速度超過其臨界速度，則可以估計所攜帶振動的大小是否會導(dǎo)致故障。如果情況良好，一般可以斷定渦輪轉(zhuǎn)子和牽引齒輪轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，拉伸器沒有損壞。如果設(shè)備停止后轉(zhuǎn)子平衡，應(yīng)注意空載時空轉(zhuǎn)速度必須為3000 r/min，并且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)必須控制在安全范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)規(guī)定的標準調(diào)整到載體的垂直振動，原則上振動不變，可根據(jù)規(guī)定的15 m 標準調(diào)整到載體的垂直振動。若載荷為200 MW，原則上振動不變，若按91.5 m 調(diào)整，則需及時開關(guān)機。此時，轉(zhuǎn)子報警比開機時大100%，在3 次嘗試啟動后氣封數(shù)值依然在300以上，設(shè)備故障沒有好轉(zhuǎn)，必須停止設(shè)備運行。

2 汽輪機振動故障分析

汽輪機振動故障因素很多，設(shè)計、運行維護、生產(chǎn)水平、維護技術(shù)、安裝工藝等，都會引起設(shè)備振動。

2.1 受當前技術(shù)的影響和限制

加工工藝或部件的精度要達到設(shè)計要求，特別是轉(zhuǎn)子部件精度達不到規(guī)定要求時，導(dǎo)致在高低速穩(wěn)定試驗中不滿足要求，出現(xiàn)離心力問題，以及與整個設(shè)備振動有關(guān)的故障。

2.2 安裝工藝

對振動相關(guān)故障有直接影響。對設(shè)備的載荷、剛度、強度及安裝現(xiàn)場要求進行復(fù)核，確保汽輪機運行合理，嚴格控制各部件之間距離，不得過大或過小。如果通道過大，很容易造成碰撞，否則會導(dǎo)致部件之間接觸。在設(shè)備長期運行過程中，不同部件膨脹不可避免，耦合銷系統(tǒng)也會出現(xiàn)問題。如果潤滑油不起作用，裝置就會變形，導(dǎo)致與振動相關(guān)的故障。

有效維護是防止汽輪機在使用過程中振動惡化的關(guān)鍵。如果工作不能順利進行或不正確，會導(dǎo)致故障。如果渦輪排氣管溫度得不到有效控制，會影響設(shè)備精度，導(dǎo)致振動損失；如果潤滑油形成油膜以及設(shè)備轉(zhuǎn)動，也會影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。汽輪機出現(xiàn)故障和異常時，整個系統(tǒng)將不能正常工作。

2.3 油膜不穩(wěn)定

汽輪機油膜失穩(wěn)主要有半速渦流和油膜振蕩等2 種類型。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于2 倍第一臨界轉(zhuǎn)速時，通常會發(fā)生半速轉(zhuǎn)捩。隨著速度增加，這種情況會以較低速度發(fā)生。一般來說，這種振動會在最大轉(zhuǎn)速下持續(xù)，或在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到一定值時消失。檢測半速旋轉(zhuǎn)的最有效方法是級聯(lián)圖。此外，低頻功能也可以通過示波圖或沿軸心軌跡看到。

2.4 氣流振動

不同的氣流振蕩原因也不同，首先是上層空間的振蕩。由于蒸汽輪機的效率和性能，熱機設(shè)計師應(yīng)采用最小和逐步的方法。步進數(shù)的變化將使參考轉(zhuǎn)子范圍變長，臨界轉(zhuǎn)速降低，工作轉(zhuǎn)速的增加將使工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的比值增大，導(dǎo)致軸的穩(wěn)定性降低。間隙過大可導(dǎo)致上下部熱壓力差增加，切向力作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

其次，要考慮轉(zhuǎn)子電流的相互作用。轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子外殼的差別很大，只要轉(zhuǎn)速超過參考頻率2.5 倍，就會發(fā)生失穩(wěn)。若保持這樣的高頻率運行則會磨損靜環(huán)，活塞發(fā)動機密封的流動產(chǎn)生非常高的接觸力，磨損導(dǎo)致排氣口密封間隙的增加將進一步增加流入密封的氣流接觸力，導(dǎo)致嚴重振動。平衡力在汽輪機轉(zhuǎn)子動穩(wěn)定中起著重要作用，如果平衡力破壞就會導(dǎo)致靜環(huán)磨損。通常，只有高參數(shù)的高壓轉(zhuǎn)子才會被攪動。渦激振動時，隨著振幅增大，渦激振動逐漸接近高偏心，自振頻率接近轉(zhuǎn)子橫向振動的固有頻率。為評估這種現(xiàn)象，需要安裝一個振動模式測試探針，監(jiān)測轉(zhuǎn)子振動幅度。

2.5 不穩(wěn)定擴大

不均勻膨脹引起的振動主要是由于氣缸膨脹受阻或加溫不規(guī)則引起。在這段時間內(nèi)，渦輪機座的位置會發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心移動，引起機械振動。這種振動的原因主要有以下2 種。

（1）汽輪機設(shè)備啟動時不順暢。一部分啟動能量被送去從主蒸汽管道或汽輪機本體的排氣部分排出，由于高位蒸汽的作用，金屬在運行過程中發(fā)生熱變形，導(dǎo)致摩擦不均，引起振動。

（2）溫度控制。如果進入汽輪機蒸汽的溫度不穩(wěn)定，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不均勻受熱，造成轉(zhuǎn)子變形，形成轉(zhuǎn)子和氣缸間的不均勻膨脹，導(dǎo)致振動。

2.6 靜摩擦和動摩擦

近年來，對汽輪機可靠性的要求越來越高，動靜間隙越來越小，摩擦可能性越來越大，長期靜摩擦?xí)蛊啓C產(chǎn)生持續(xù)振動。使得軸永久彎曲，整個軸系都可能受到損壞，造成嚴重經(jīng)濟損失。

3 汽輪機振動故障處理措施

由于汽輪機運行過程中經(jīng)常因振動而發(fā)生故障，設(shè)備不能正常運行。為此，技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況深入分析問題，采取有效措施。

3.1 檢查剛度

工程師可以收集和整理汽輪機資料，并與標準資料進行比較，另外，負荷試驗和加載單元是保證設(shè)備配置的必要條件，必須提高設(shè)備正常運行的可能性，消除振動有關(guān)的缺陷。新安裝的設(shè)備必須在沒有負載和負載情況下使用。以正常方式生產(chǎn)和加工設(shè)備，填料函密封系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和試驗結(jié)果均符合標準。

3.2 智能檢測設(shè)備

設(shè)備正確運行和安裝能有效防止汽輪機振動相關(guān)故障，設(shè)備必須安裝必要的監(jiān)測點，以便實時檢測振動并報告異常時間點。必須妥善組織技術(shù)人員處理，防止問題升級，造成更嚴重影響。

3.3 防振設(shè)備安裝

如上所述，在檢測到異常振動條件后安裝智能監(jiān)測裝置可提供報警信息。報警指令是讓技術(shù)人員在緊急情況下自動關(guān)閉電路，停止設(shè)備運行。在此過程中，現(xiàn)場人員還應(yīng)采取緊急措施，為保障機組設(shè)備安全，還可以安裝智能監(jiān)控保護設(shè)備，提高設(shè)備使用質(zhì)量和效率。

3.4 提高機組膨脹和溫度的措施

機組的膨脹由多種原因造成，從成型角度看，原因可分膨脹不均勻、溫度不穩(wěn)定的故障。因此，為避免機組故障，可定期檢查、維修和更換頂升系統(tǒng)。操作汽輪機設(shè)備前，有必要提供均勻的預(yù)熱，使汽缸保持溫度。還需要監(jiān)測潤滑油溫度、軸封溫度和排氣蒸汽溫度。如果發(fā)現(xiàn)溫度不符合操作要求，必須及時采取相應(yīng)措施，建立自動溫控系統(tǒng)。

3.5 油膜振動的處理措施

通過總結(jié)大量實踐經(jīng)驗，分析資料，總結(jié)出處理油膜振動的具體措施：①適當提高數(shù)據(jù)值；②盡量減小墊層之間距離，能很好地控制振動的頻率和強度；③盡量減小載體夾角。然后根據(jù)實際需要選擇潤滑油。在強度沖擊情況下，應(yīng)使用低黏度潤滑油。另外，振動主要是由于各部件受力不均導(dǎo)致受力異常，不平衡受力導(dǎo)致設(shè)備在高速轉(zhuǎn)動的過程中偏離中心，要根據(jù)實際情況靈活選擇維修措施。

3.6 蒸汽流振動故障的產(chǎn)生

處理氣流引起的異常振動非常困難。一般來說，為提高處理誤差的能力和誤差響應(yīng)措施的質(zhì)量，有必要深入分析和研究汽輪機的振動現(xiàn)象和強度。必須編制至少1 年的振動和運行數(shù)據(jù)，使其成為數(shù)據(jù)曲線。分析數(shù)據(jù)曲線的變化和幅度，最終確定氣流強度的分布。降低負荷變化速度，避免負荷變化過快導(dǎo)致汽流異常產(chǎn)生振動。

3.7 消除轉(zhuǎn)子熱彎曲故障的措施

轉(zhuǎn)子在工作一定時間或較長時間后，由于溫度過高，容易產(chǎn)生電流振動而變形，目前沒有更好的方法來處理這種現(xiàn)象，主要措施是更換轉(zhuǎn)子。

3.8 摩擦振動頻率

汽輪機運行一段時間，會導(dǎo)致局部磨損，因此需要定期檢查。如果發(fā)現(xiàn)嚴重摩擦，必須及時采取措施加以制止，這樣可以提前預(yù)防，不僅可以降低機械維修成本，而且可以延長汽輪機使用壽命。

4 結(jié)束語

引起汽輪機振動的因素很多，幾乎所有誤差都會反映在汽輪機振動的不同程度。目前，我國振動診斷的準確率相對較低，振動診斷的方法主要是從直觀角度進行研究，但準確度的高低對診斷方面的影響目前還不太受重視。要更好地評估各種故障的振動機理，了解設(shè)備各方面信息，透徹分析設(shè)備情況，提高原因評估的準確性，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。振動故障嚴重影響火電廠設(shè)備的正常運行，通過分析火電廠汽輪機振動故障的原因及處理方法，提出相應(yīng)維修措施。正常操作中不可避免地會出現(xiàn)振動誤差。只有采取有效措施，降低汽輪機振動的發(fā)生頻率。因此，要加強維護管理，做好檢查工作，消除振動隱患，減少汽輪機設(shè)備因問題引起的損壞，解決問題，確保設(shè)備穩(wěn)定安全使用。