汽輪機(jī)震動(dòng)的原因及處理分析

張勝良 華電萊州發(fā)電有限公司

受汽輪機(jī)振動(dòng)較大這一因素影響，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)不同程度的老化及磨損等現(xiàn)象，雖然說汽輪機(jī)振動(dòng)難以完全消除，但是，將振動(dòng)控制在一定范圍的情況下，則能避免嚴(yán)重影響汽輪機(jī)正常運(yùn)行，此時(shí)汽輪機(jī)振動(dòng)危害也可以忽略不計(jì)。汽輪機(jī)運(yùn)行過程，有很多因素都會(huì)造成異常振動(dòng)現(xiàn)象，如設(shè)計(jì)失誤、裝配不當(dāng)、零部件處于疲勞壽命極限等。一旦汽輪機(jī)軸系中心有變化情況出現(xiàn)，與原來平衡位置處于偏離狀態(tài)，而在偏離超過一定范圍的情況下，較大異常振幅就會(huì)隨之產(chǎn)生，致使機(jī)組內(nèi)部動(dòng)、靜摩擦不斷加劇，汽輪機(jī)異常振動(dòng)就會(huì)越來越大，在此種振動(dòng)問題惡性循環(huán)的情況下，機(jī)組零件松動(dòng)問題就會(huì)逐漸產(chǎn)生，老化磨損情況也會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重，嚴(yán)重?fù)p害企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

一、汽輪機(jī)組產(chǎn)生震動(dòng)的危害

汽輪機(jī)組是熱電廠最重要的設(shè)備，當(dāng)汽輪機(jī)組發(fā)生超出規(guī)定的震動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)電廠整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成致命的影響，輕則造成發(fā)電質(zhì)量的降低，重則造成發(fā)電廠無法供電。汽輪機(jī)組發(fā)生震動(dòng)造成的危害如下：

（一）汽輪機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸封發(fā)生嚴(yán)重磨損

當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子端部軸承會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，發(fā)電機(jī)組整體密封性能將會(huì)遭到破壞，最終會(huì)造成低壓缸進(jìn)入空氣等問題。當(dāng)機(jī)組發(fā)生密封破壞的同時(shí)，如果沒有采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制時(shí)，將會(huì)造成高壓端的軸封密封不嚴(yán)泄漏，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子相應(yīng)部位發(fā)生高溫受熱，因部分位置高溫受熱，造成轉(zhuǎn)子彎曲。密封的破壞，會(huì)對(duì)軸系表面潤(rùn)滑膜造成破壞，降低了軸系的潤(rùn)滑效果，致使軸瓦表面鎢合金發(fā)生融化現(xiàn)象。另外，由于密封的破壞，也導(dǎo)致機(jī)組漏氣降低機(jī)械效率，造成了能源的浪費(fèi)。

（二）汽輪機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致隔板之間氣封磨損

當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)，隔板之間氣封會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，會(huì)加大機(jī)組的漏氣，造成轉(zhuǎn)子軸向力不斷加大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子端部的推力瓦受力嚴(yán)重，推力瓦表面的鎢合金發(fā)生融化情況。

（三）震動(dòng)造成熱電廠經(jīng)濟(jì)性能降低

汽輪機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，機(jī)械能又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，因此，發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生熱能越高，發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率就越高，經(jīng)濟(jì)效益也越高。當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)氣封的間隙不大時(shí)，汽輪機(jī)熱效率就會(huì)高，反之，由于氣封間隙過大導(dǎo)致漏氣，會(huì)降低汽輪機(jī)的熱效率。汽輪機(jī)氣封的間隙大小，與機(jī)組震動(dòng)情況存在直接關(guān)系，如震動(dòng)太大，會(huì)增大氣封的間隙，造成機(jī)組熱效率降低，最終降低了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

（四）震動(dòng)會(huì)間接、直接導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障

汽輪機(jī)的震動(dòng)如果過大，會(huì)造成汽輪機(jī)組上儀表、傳感器等控制檢測(cè)設(shè)備不能正常的工作，工作過程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，致使汽輪機(jī)發(fā)生停機(jī)等事故。另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在震動(dòng)的作用下，會(huì)出現(xiàn)絕緣損壞，發(fā)電機(jī)在工作過程中，由于絕緣的損壞，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組整體溫度的升高，致使繞組因高溫?zé)龤Ф搪罚斐砂l(fā)電機(jī)報(bào)廢。汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)故障，是汽輪機(jī)維護(hù)中最難的問題，因?yàn)槠啓C(jī)的震動(dòng)引發(fā)原因是多種多樣的。我們要想解決汽輪機(jī)的震動(dòng)故障，就必須找出產(chǎn)生震動(dòng)的原因，根據(jù)產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，通過分析結(jié)果才能制定相應(yīng)的措施。

二、汽輪機(jī)振動(dòng)大原因

（一）油膜失穩(wěn)

油膜失穩(wěn)的類型主要包含以下兩種，即半速渦流、油膜振蕩，低于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，就會(huì)有半速轉(zhuǎn)捩發(fā)生，在增加速度的情況下，上述情況會(huì)緩慢出現(xiàn)。通常來說，在最大轉(zhuǎn)速下，油膜不穩(wěn)造成的振動(dòng)現(xiàn)象會(huì)持續(xù)出現(xiàn)，或者也會(huì)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值的情況下出現(xiàn)消失現(xiàn)象。

（二）氣流振動(dòng)

氣流不同的情況下，也會(huì)產(chǎn)生差異化振蕩原因。在工作轉(zhuǎn)速越接近臨界轉(zhuǎn)速的情況下，此時(shí)軸系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)出越好的穩(wěn)定性，但值得注意的是，在臨界轉(zhuǎn)速較高的情況下，不能保障汽輪機(jī)工作效率要求得以充分滿足，此時(shí)一些工作人員就會(huì)選擇汽輪機(jī)級(jí)數(shù)改變的方式進(jìn)行應(yīng)用，借此使跨距增大，達(dá)到工作效率提升目的，而這一過程就會(huì)有通流部?jī)蓚?cè)徑向間隙有較大誤差出現(xiàn)，增加軸徑所受切向力的同時(shí)，正向渦動(dòng)隨之產(chǎn)生，磨損轉(zhuǎn)子，致使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，隨之更大的徑向間隙就會(huì)出現(xiàn)，流動(dòng)切向力也會(huì)進(jìn)一步增加。

（三）膨脹不均

一般來說，汽輪機(jī)工作環(huán)境通常都是以高溫狀態(tài)位置，而對(duì)于汽輪機(jī)機(jī)組零部件來說，具備的一個(gè)顯著特性就是熱障冷縮，所以在整體加熱和受熱環(huán)節(jié)，難以為整體的均勻受熱提供保障，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)各部有不均勻熱膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，這一過程軸承位置偏移極易發(fā)生，影響剛度的同時(shí)，機(jī)械振動(dòng)問題隨之出現(xiàn)。

（四）動(dòng)靜摩擦

汽輪機(jī)振動(dòng)最嚴(yán)重的一個(gè)因素就是動(dòng)靜摩擦，如果有動(dòng)靜摩擦問題發(fā)生，汽輪機(jī)內(nèi)部零件碰撞概率極易增大，加劇汽輪機(jī)振動(dòng)情況的同時(shí)，受劇烈振動(dòng)影響，更劇烈的動(dòng)靜摩擦就會(huì)因此出現(xiàn)，導(dǎo)致負(fù)反饋效應(yīng)隨之產(chǎn)生，這一過程如接觸式汽封及軸承等直接接觸的零件，永久性彎曲形變問題極有可能會(huì)發(fā)生，嚴(yán)重事故就會(huì)隨之產(chǎn)生。

三、汽輪機(jī)常見異常振動(dòng)的處理措施

（一）油膜失穩(wěn)振動(dòng)的處理

為確保油膜失穩(wěn)問題能夠得到快速鑒別，可對(duì)渦動(dòng)頻率變化進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，因油膜失穩(wěn)出現(xiàn)的原因通常是以軸系不具備良好穩(wěn)定性為主，加之缺少足夠的系統(tǒng)阻尼，所以在解決油膜失穩(wěn)造成的振動(dòng)問題時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)汽輪機(jī)環(huán)節(jié)，充分考慮對(duì)比壓及負(fù)載，避免設(shè)置過寬的軸承寬度，基于運(yùn)行原則的遵循為出發(fā)點(diǎn)，在軸承寬度方面可適當(dāng)減小，同時(shí)還可在軸承承載系數(shù)方面適當(dāng)提升，這一過程應(yīng)注意，軸承承載系數(shù)過大的情況下，潤(rùn)滑油黏度會(huì)降低，油膜厚度也會(huì)逐漸減薄，升高工作環(huán)境溫度的同時(shí)，也會(huì)加快油質(zhì)老化現(xiàn)象，所以具體設(shè)計(jì)過程應(yīng)對(duì)軸承承載系數(shù)利弊進(jìn)行充分考慮。除此之外，還應(yīng)在相關(guān)工藝檢查及控制方面加強(qiáng)，加之汽輪機(jī)軸承維護(hù)工作的定期開展，使油膜失穩(wěn)問題得到有效防治。

（二）氣流振動(dòng)的處理方法

氣流振動(dòng)處理難度較大，通常情況下，為確保處理能力及處理質(zhì)量有效提升，應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象及強(qiáng)度進(jìn)行深入分析和研究，同時(shí)注意至少一年時(shí)間內(nèi)汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的編制，通過數(shù)據(jù)曲線圖的繪制，對(duì)曲線變化及幅度進(jìn)行分析，進(jìn)而將氣流強(qiáng)度分布明確出來；與此同時(shí)，還應(yīng)注意負(fù)荷變化速度的降低，借此避免受過快負(fù)荷變化因素影響而產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。除此之外，因軸向旋流為氣流振動(dòng)的主要問題，為確保這一問題的產(chǎn)生得到有效防止，可選擇擾亂軸向旋流的方式進(jìn)行應(yīng)用，使失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速有效提升。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可對(duì)大軸頸偏心率軸承進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)也可在幾何形狀方面進(jìn)行改變，使振幅有效降低，同時(shí)將軸向旋流擾亂，為高速及穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)提供幫助。

（三）膨脹不均的處理方法

在監(jiān)測(cè)并預(yù)防膨脹不均造成的振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，預(yù)期目標(biāo)極易達(dá)成，具體來說，如果氣缸和熱壓力間有受力不穩(wěn)情況出現(xiàn)，檢查及預(yù)防即可開展；而對(duì)于正式投入運(yùn)行之前的汽輪機(jī)來說，應(yīng)對(duì)疏通管道進(jìn)行認(rèn)真檢查，并且在輸水過程應(yīng)注重管道清理工作的及時(shí)開展；在出現(xiàn)膨脹不均振動(dòng)問題的情況下，應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)各部零件變形情況進(jìn)行檢查，及時(shí)更換有問題的零部件，與此同時(shí)，還應(yīng)在汽輪機(jī)膨脹不均與參數(shù)設(shè)置不正確是否相關(guān)方面進(jìn)行研究，如果是因參數(shù)設(shè)置不正確而造成汽輪機(jī)膨脹不均問題，應(yīng)對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，同時(shí)在設(shè)備使用時(shí)間方面加以關(guān)注。

（四）動(dòng)靜摩擦的處理方法

受動(dòng)靜摩擦因素造成汽輪機(jī)振動(dòng)問題時(shí)，需要機(jī)組設(shè)計(jì)人員基于設(shè)計(jì)原則的遵循為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算并考慮；而對(duì)于運(yùn)行過程的汽輪機(jī)來說，需要機(jī)組人員注意操作規(guī)程的嚴(yán)格遵守，避免對(duì)汽輪機(jī)工作效率過于盲目追求。日常維護(hù)過程，應(yīng)在潤(rùn)滑油及時(shí)補(bǔ)充方面加以注意，幫助汽輪機(jī)潤(rùn)滑性有效增強(qiáng)。值得注意的是，運(yùn)行一段時(shí)間的汽輪機(jī)，不可避免會(huì)有局部摩擦問題產(chǎn)生，所以應(yīng)注意定期檢查工作的積極開展，在發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重摩擦的情況下，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行制止和解決，如及時(shí)更換摩擦嚴(yán)重的零部件等，避免受摩擦影響而嚴(yán)重阻礙機(jī)組正常運(yùn)行。

四、結(jié)束語

通過對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析總結(jié)，及時(shí)判斷汽輪機(jī)振動(dòng)高的原因，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，及時(shí)有效地解決了汽輪機(jī)振動(dòng)高的問題，為汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，從而確保機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。