降低汽輪機(jī)軸承振動(dòng)異常的技術(shù)研究及應(yīng)用

傅國(guó)剛 王娜

摘 要：目前，在汽輪機(jī)工作過(guò)程中，軸承振動(dòng)異常則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，從而引發(fā)故障問(wèn)題影響后期運(yùn)行狀況。汽輪機(jī)組的關(guān)鍵運(yùn)行設(shè)備是發(fā)電設(shè)置，導(dǎo)致軸承振動(dòng)異常的關(guān)鍵原因是汽輪機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)性的運(yùn)行。因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)在汽輪機(jī)組運(yùn)行中及時(shí)的對(duì)軸承振動(dòng)原因進(jìn)行分析，做好機(jī)組保養(yǎng)工作，減少振動(dòng)異?，F(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行措施防范分析，從而保障汽輪機(jī)組安全持續(xù)工作，提高機(jī)組運(yùn)作效率。因此，本文據(jù)上述問(wèn)題對(duì)汽輪機(jī)組軸承振動(dòng)異?，F(xiàn)象做出了分析，并提出個(gè)人見(jiàn)解，希望本文可以對(duì)此研究做出參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)軸承;振動(dòng)異常;技術(shù)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0078-02

1 汽輪機(jī)組軸承工作簡(jiǎn)介

在汽輪機(jī)組內(nèi)軸承運(yùn)作（如圖1）的核心流程主要規(guī)劃為：轉(zhuǎn)子-軸承-基礎(chǔ)系統(tǒng)。而在該系統(tǒng)中，滑動(dòng)軸承作為一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)會(huì)直接影響到旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作性能。旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)是由軸瓦與軸頸表面間形成的油膜直接進(jìn)行支撐。在工作中，如果軸瓦出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致油膜失衡現(xiàn)象的發(fā)生。[1]此外，軸承溫度較高也是造成振動(dòng)過(guò)大的原因。這些因素不盡早處理，將會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題惡化，造成一定的損傷，增大了安全事故的發(fā)生率。

2 汽輪機(jī)軸承振動(dòng)不穩(wěn)定因素闡述分析

2.1 汽流激振現(xiàn)象的出現(xiàn)使得振動(dòng)幅度加大

火電廠的汽輪機(jī)工作過(guò)程中，氣流激振現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因包含一下兩點(diǎn)：（1）汽輪機(jī)可通過(guò)葉輪和安裝在渦輪上的葉片將蒸汽轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，蒸汽繼續(xù)撞擊葉片進(jìn)行操作，但由于汽輪機(jī)葉輪面積大、葉片長(zhǎng)度長(zhǎng)，當(dāng)蒸汽流到達(dá)汽輪機(jī)末端時(shí)，會(huì)發(fā)生故障;（2）葉輪中的葉片具有膨脹性、收縮性，這種性能在連續(xù)振動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)葉片本身產(chǎn)生一定的變化，同時(shí)對(duì)渦輪工作也有一定的影響，如：加振、減振等現(xiàn)象。判定此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生，則要通過(guò)氣流震動(dòng)頻率的穩(wěn)定情況來(lái)判定，頻率增高說(shuō)明氣流加振非常嚴(yán)重，當(dāng)渦輪機(jī)為低頻時(shí)，其部件的值增加，氣流差異增加，運(yùn)行參數(shù)繼續(xù)增加。[2]

2.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)

安裝容量的增加和轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度的增加，轉(zhuǎn)子的熱變形有時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)器異常振動(dòng)。首先，從轉(zhuǎn)子熱變形機(jī)的振動(dòng)特性來(lái)看，振幅與轉(zhuǎn)子的工作持續(xù)時(shí)間有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)行太長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生的熱量增加，溫度會(huì)跟著升高。在機(jī)器過(guò)載的情況下，渦輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)會(huì)受到嚴(yán)重影響，轉(zhuǎn)子本身的金屬性能也會(huì)發(fā)生變化。特別地，當(dāng)機(jī)器以給定速度運(yùn)行時(shí)，大多數(shù)渦輪轉(zhuǎn)子經(jīng)歷熱變形。第二，在轉(zhuǎn)子繼續(xù)發(fā)熱后，它會(huì)不斷變形。顯示為“凹痕”機(jī)器卡在工作通道中，出現(xiàn)異常振動(dòng)。此外，內(nèi)應(yīng)力根據(jù)材料和散發(fā)的熱量而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子受熱時(shí)，多重振動(dòng)逐漸增加，由于熱擴(kuò)散頻率引起的相變，轉(zhuǎn)子的異常振動(dòng)變得越來(lái)越明顯。

2.3 摩擦振動(dòng)導(dǎo)致振動(dòng)加劇

由于摩擦振動(dòng)的振蕩的增加主要表現(xiàn)在以下方面：（1）由于旋轉(zhuǎn)子的影響，與機(jī)器的移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作的溫度變高，機(jī)器內(nèi)部和外部的氣壓差，會(huì)影響振動(dòng)信號(hào)的變化，在變化過(guò)程中會(huì)使主頻率受線性沖擊影響，產(chǎn)生不平衡力，進(jìn)而增加振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生;（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子和軸承發(fā)生摩擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生波形分化，由于分化數(shù)較大，則會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)頻率的增長(zhǎng);（3）如果渦輪機(jī)在繼續(xù)運(yùn)行中突然停止，相位發(fā)生變動(dòng)，軸承臨界值的下降速度急劇增加，則會(huì)造成原溫度下降。從這個(gè)角度來(lái)看，忽高忽落的溫度必定會(huì)引起渦輪的晃動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，加劇振動(dòng)。

2.4 運(yùn)行中軸封供汽壓力的影響

軸封是蒸汽輪機(jī)最重要的組件之一，其結(jié)構(gòu)材料和形狀會(huì)引起軸承振動(dòng)。

首先，關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)，安裝通常使用高壓標(biāo)簽完成，并且在機(jī)器運(yùn)行期間溫度的升高是不可避免，主要是因?yàn)楦邏合碌妮S封是屬于硬零件，雖然屬于硬零件但是外部結(jié)構(gòu)很脆弱，容易發(fā)生軟化的現(xiàn)象。其次，軸封在高溫蒸汽加熱的情況下會(huì)導(dǎo)致熱變形，造成高壓端蒸汽以及低壓端空氣泄露。最后軸承壓力在負(fù)荷高壓、低壓階段之間不斷地變化，造成內(nèi)部振動(dòng)增加。

2.5 潤(rùn)滑油溫度高的現(xiàn)象

潤(rùn)滑油中之所以有帶水的現(xiàn)象，主要是由于蒸汽氣流的混入，空氣冷卻后由蒸汽轉(zhuǎn)為水流，水在油內(nèi)不以蒸發(fā)，因此造成潤(rùn)滑油帶水的現(xiàn)象，造成潤(rùn)滑油質(zhì)量的下降，從而降低運(yùn)行效率。潤(rùn)滑油溫度高主要是由于冷油器效果不好，機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)中因軸承溫度較高，而造成泄露，這種現(xiàn)象也許是因機(jī)械自身的構(gòu)造或冷油器運(yùn)作出現(xiàn)故障等相關(guān)因素產(chǎn)生。此外，冷油器具的材料、安裝方法和操作水平直接影響潤(rùn)滑油的冷卻效果。由于上述原因，存在不利影響，例如潤(rùn)滑劑變質(zhì)，軸承損壞，導(dǎo)致單元軸承振動(dòng)率增大。

2.6 運(yùn)行人員不良操作習(xí)慣和誤操作

工作人員在操作的過(guò)程中的自身習(xí)慣問(wèn)題以及失誤操作問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致故障的發(fā)生。此外，在工作中操作人員沒(méi)有根據(jù)實(shí)際的流程步驟進(jìn)行操作，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停止工作，潤(rùn)滑油中斷供油，軸承的支撐點(diǎn)丟失，使得渦輪部分摩擦嚴(yán)重，從而產(chǎn)生劇烈摩擦振動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組損毀，造成不必要的損失。

3 大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的處理技術(shù)以及方式分析

3.1 仔細(xì)檢查排除汽流激振現(xiàn)象

工作人員在工作中要重視氣流加振的問(wèn)題，如：（1）操作期間定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面檢查，以渦輪特征為基礎(chǔ)對(duì)氣流振動(dòng)信息進(jìn)行記錄;（2）檢查員以“月”或“年”為基準(zhǔn)，對(duì)每次振動(dòng)的時(shí)間、數(shù)據(jù)、周期進(jìn)行對(duì)比，記錄機(jī)械軸承振動(dòng)最大值及最小值對(duì)此進(jìn)行比較，畫(huà)出對(duì)比曲線圖，后期有利于數(shù)值的計(jì)算。

曲線分析是由運(yùn)動(dòng)變化以及變化的趨勢(shì)進(jìn)行表示，渦輪負(fù)荷臨界點(diǎn)的速度狀態(tài)一般也是由曲線進(jìn)行表示。在曲線圖劃分完成后，相關(guān)人員應(yīng)采取排除方式。對(duì)蒸汽流量的氣壓以及加振問(wèn)題進(jìn)行排除。

3.2 控制轉(zhuǎn)子溫度，避免因受熱不均產(chǎn)生熱變形

溫度的控制方式一般是：（1）工作人員檢查-調(diào)整-配置-完成。詳細(xì)來(lái)講就是在配置中將重心調(diào)整平衡，之后控制轉(zhuǎn)子溫度，使軸承頻率降低，進(jìn)而控制振動(dòng)頻率;（2）員工定期監(jiān)視轉(zhuǎn)子的溫度和偏心度，合理調(diào)整機(jī)器檢查時(shí)間，使偏心的轉(zhuǎn)子軸成為直軸，消除彎曲狀態(tài)，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行熱彎曲治理;（3）加強(qiáng)停機(jī)管理，確保轉(zhuǎn)子受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子受熱彎曲，減少超高振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 掌握摩擦振動(dòng)原理，減輕摩擦振動(dòng)現(xiàn)象

首先，員工應(yīng)從摩擦的基本原理進(jìn)行對(duì)策研究，以減輕摩擦振動(dòng)現(xiàn)象摩的發(fā)生。相關(guān)研究顯示摩擦振動(dòng)問(wèn)題一般出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子熱性能彎曲的形態(tài)下，這種形態(tài)現(xiàn)象下會(huì)使渦輪機(jī)組產(chǎn)生不規(guī)則的劇烈振動(dòng)。轉(zhuǎn)子的被力面積不同，摩擦力的大小也不同，如摩擦力較大轉(zhuǎn)子運(yùn)行溫度也會(huì)呈現(xiàn)持續(xù)上升的狀態(tài)，造成斷面運(yùn)行不平衡劇烈振動(dòng)。在振動(dòng)持續(xù)增高狀態(tài)下，受摩擦過(guò)熱影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱性能增加，呈彎曲狀態(tài)。因此，員工應(yīng)從摩擦原理入手，檢查并確認(rèn)問(wèn)題的關(guān)鍵原因，記錄振動(dòng)的穩(wěn)定性并及時(shí)檢查轉(zhuǎn)子工作的質(zhì)量;機(jī)器運(yùn)行期間對(duì)溫度頻率進(jìn)行調(diào)控，有效地調(diào)節(jié)軸承運(yùn)行位置;對(duì)渦輪負(fù)載、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間，逐一統(tǒng)計(jì);調(diào)整截面位置實(shí)現(xiàn)均勻性、平衡性，降低摩擦產(chǎn)生的熱性能，降低高溫運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證轉(zhuǎn)子熱性能，避免轉(zhuǎn)子彎曲現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 做好振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，完善軸系監(jiān)控保護(hù)裝置

振動(dòng)監(jiān)測(cè)的工作是系統(tǒng)中比較重要的一點(diǎn)，主要關(guān)注機(jī)械軸承等材料的選擇，如：（1）統(tǒng)一滾動(dòng)式便于軸承系統(tǒng)的后續(xù)監(jiān)測(cè);（2）操作時(shí)，操作人員必須對(duì)軸承裝置必須按照規(guī)定的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整，在操作的過(guò)程中操作步驟也要按照流程來(lái)進(jìn)行，以確保軸承系統(tǒng)的合理性;（3）軸向監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置可以自動(dòng)檢測(cè)軸承的運(yùn)行情況，包括汽輪機(jī)的運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間和摩擦大小。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常都是顯示在一定時(shí)間段內(nèi)軸封處的系統(tǒng)壓力，并分析溫度與氣壓力之間的關(guān)系。在高溫、高壓等情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警來(lái)提示工作人員，改進(jìn)監(jiān)控設(shè)備并為技術(shù)人員提供調(diào)整的基礎(chǔ)條件。[3]

3.5 完善軸封自動(dòng)裝置，加強(qiáng)運(yùn)行中軸封監(jiān)視及調(diào)整

改進(jìn)軸封自動(dòng)裝置，想要實(shí)現(xiàn)間隙的連續(xù)調(diào)整，就必須以套筒間隙為基準(zhǔn)。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整輪封的距離，使用壓差法調(diào)整壓差。有效的過(guò)濾設(shè)備用于防止水軸蓋水的流出，然后去分離冷凝水和蒸汽，實(shí)現(xiàn)軸蓋的正常壓力和蒸汽質(zhì)量，再去使用自動(dòng)裝置去加強(qiáng)機(jī)器中軸封的管理。在所有軸承運(yùn)行條件下提供軸封功率，以避免滾動(dòng)壓力引起的不穩(wěn)定機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題。

3.6 完善潤(rùn)滑油系統(tǒng)保護(hù)，加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督

潤(rùn)滑油系統(tǒng)鏈條保護(hù)的改進(jìn)和潤(rùn)滑油水帶現(xiàn)象監(jiān)控的加強(qiáng)基本是體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：（1）在油冷卻器的基礎(chǔ)上，必須要按照嚴(yán)格的規(guī)章制去進(jìn)行操作和實(shí)施，油冷卻器的壓力不能高于冷水壓力，這樣一來(lái)機(jī)油壓力就可以自然的去維護(hù)冷卻器。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行組裝還有維護(hù)時(shí)，一定要做到定期監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)油冷卻器的維護(hù)，避免潤(rùn)滑油泄漏和蒸汽引起的水條現(xiàn)象，檢查潤(rùn)滑脂的狀況是否良好;（2）根據(jù)潤(rùn)滑油產(chǎn)生的壓力建立聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，保證潤(rùn)滑油給系統(tǒng)的正常供給。

3.7 提高運(yùn)行人員技能水平

提高操作人員在火電廠運(yùn)行和管理中的技能非常重要。操作人員必須嚴(yán)格遵守要求去進(jìn)行檢查，以提高操作水平。提高事故處理能力，避免事故擴(kuò)大，根據(jù)實(shí)際情況判斷，適當(dāng)制定應(yīng)急處理計(jì)劃，確保期以后出現(xiàn)故障遺留問(wèn)題保證穩(wěn)定運(yùn)行。定期監(jiān)測(cè)和分析設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和維護(hù)。

3.8 其他方面的改進(jìn)措施

（1）油箱的控制。第一，機(jī)油系統(tǒng)還有油箱系統(tǒng)必須要找規(guī)定要求去控制操作，通常將機(jī)油控制在指定范圍內(nèi)，并定期檢查油箱。當(dāng)機(jī)油量相對(duì)較少時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充機(jī)油，并定期對(duì)燃油箱進(jìn)行過(guò)濾，排放和過(guò)濾。其次，調(diào)節(jié)燃油箱排氣扇進(jìn)氣門(mén)，使燃油箱內(nèi)有一定的負(fù)壓，使油氣正常分離。最后，根據(jù)具體工況分析油質(zhì)并定期解決發(fā)生的問(wèn)題，防治問(wèn)題故障繼續(xù)擴(kuò)大。

（2）輔助油泵的控制。對(duì)于輔助油泵，在停止和啟動(dòng)渦輪之前測(cè)試所有輔助油泵，并在啟動(dòng)之前執(zhí)行油泵鏈測(cè)試。同時(shí)，定期檢查和測(cè)試油泵，以確保輔助油泵操作的穩(wěn)定性。

（3）油冷卻器。在操作油冷卻器之前，必須嚴(yán)格遵守保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)油冷卻器關(guān)閉時(shí)，潤(rùn)滑劑的油壓會(huì)受到控制，以確保油溫的穩(wěn)定性，并且不可以有大幅度的改動(dòng)。最后，為了防止冷卻水進(jìn)入冷卻器的油側(cè)，油壓稍高，冷卻水壓力變高。此外，當(dāng)機(jī)器關(guān)閉和啟動(dòng)時(shí)，冷卻水壓力不會(huì)有太大變化。請(qǐng)定期檢查冷油器械是否有泄漏的現(xiàn)象。

（4）渦輪軸承的溫度被控制在合理的范圍內(nèi)，并且當(dāng)溫度迅速升高時(shí)檢查將停止。另外，發(fā)生燃料用完、水沖擊等突發(fā)事件時(shí)，立即停止檢查，消除隱患后重新開(kāi)始運(yùn)行。同時(shí)，使之提高檢查流程，修理不周到，軸承有損壞的情況。

（5）在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，有關(guān)人員對(duì)軸承的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，在軸承的振動(dòng)上出現(xiàn)警報(bào)或突然升高的情況，會(huì)立即減輕機(jī)械負(fù)荷升高前的負(fù)荷。

4 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，軸承作為汽輪機(jī)的主要組成部分，要保持正常運(yùn)作的狀態(tài)，不斷提高運(yùn)作使用率，利用信息化技術(shù)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)異常狀態(tài)進(jìn)行研究，進(jìn)一步確認(rèn)異?，F(xiàn)象發(fā)生的因素，對(duì)此進(jìn)行技術(shù)措施維護(hù)以及維修保養(yǎng)，確保汽輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

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