汽輪機震動的原因及處理分析

申宏偉

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司方山發(fā)電廠，山西 呂梁 033000）

引言

電力能源是推動國家發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為了確保全國經(jīng)濟發(fā)展以及國民用電的需求，加強熱電廠汽輪機組維修、養(yǎng)護(hù)工作，保證城市能夠正常供電，是電廠最重要的工作。汽輪機組在工作的過程中，無法避免會存在一定的震動，當(dāng)震動超出一定范圍時，震動會對設(shè)備產(chǎn)生極大的損害，因此，針對汽輪機震動原因及處理措施展開分析。

1 汽輪機運行過程中出現(xiàn)的問題

一般情況，汽輪機在啟動、停止的過程中會產(chǎn)生很大的震動。汽輪機在啟動、停止的過程中由靜態(tài)轉(zhuǎn)變成動態(tài)，或由動態(tài)轉(zhuǎn)變成靜態(tài)，其扭矩突變會產(chǎn)生很大震動，在啟動時，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升至工作轉(zhuǎn)速的時，機組會由劇烈地震動轉(zhuǎn)變成正常震動。引發(fā)汽輪機震動原因較多，但主要的原因是制造存在缺陷、安裝存在問題、運行的管理與檢修能力不高。

1.1 由于運行過程機組旋轉(zhuǎn)中心偏離導(dǎo)致震動

1）汽輪機在啟動的時候，如果暖機的時間不足，負(fù)載增加或者升速過快，將會導(dǎo)致氣缸熱膨脹或者系統(tǒng)調(diào)節(jié)不均，使得氣缸無法自由膨脹，使轉(zhuǎn)子與氣缸產(chǎn)生變形，導(dǎo)致工作中產(chǎn)生震動。

2）汽輪機在工作過程中，如果真空下降，會造成排氣的溫度過高，機組后軸承將抬高，最終機組旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生偏差引發(fā)震動。

3）汽輪機在進(jìn)行大修后，其靠背輪的安裝不正確，即中心位置不準(zhǔn)，從而在工作時發(fā)生震動，并且，震動會隨著負(fù)荷的不斷增加，震動也隨之增大。

4）當(dāng)汽輪機在進(jìn)氣溫度過高情況下工作時，其氣缸與機組膨脹會變大，軸封會抬起等，這些情況會導(dǎo)致機組的軸向出現(xiàn)位移，從而造成震動。

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）當(dāng)機組轉(zhuǎn)子由于各種原因?qū)е職飧淄亩劝l(fā)生偏移，機組運行時會出現(xiàn)間歇性震動[1]。

1.2 由于轉(zhuǎn)子動平衡的偏差產(chǎn)生震動

1）運動中汽輪機葉片發(fā)生折斷、結(jié)垢、腐蝕、磨損不均、脫落等情況，使汽輪機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不平衡的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子不平衡或者繞組出現(xiàn)松動情況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。因為上述的原因，汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，會受到不平衡造成的離心作用力，離心力的不斷作用，會使轉(zhuǎn)子發(fā)生震動，如圖1所示。

圖1 軸不平衡震動示意圖

2）汽輪機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彈性彎曲，由于彎曲導(dǎo)致震動。如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲，機組在轉(zhuǎn)動時會因為不平衡產(chǎn)生震動的特點，與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡引發(fā)震動相似，其不同點為震動是軸向的震動，特別是在臨界轉(zhuǎn)速時，震動的幅度最明顯[2]，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子彎曲示意圖

3）軸承的油膜被破壞或者不穩(wěn)定而引發(fā)震動。轉(zhuǎn)子軸承的油膜被破壞或者不穩(wěn)定，會造成軸瓦表面鎢合金融化，從而引發(fā)軸受熱變形彎曲，最終導(dǎo)致機組發(fā)生震動。

4）汽輪機旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生摩擦引起機組震動。燃?xì)鈾C葉片與導(dǎo)向的葉片產(chǎn)生摩擦，或者安裝存在問題，葉片發(fā)生變形、隔板出現(xiàn)彎曲，軸徑和軸承配合間隙過小等，都會由于摩擦引發(fā)震動。

5）水沖擊導(dǎo)致震動。在汽輪機工作過程中，蒸汽中存在一定量的水進(jìn)入汽缸內(nèi)，造成水沖擊，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的軸向力加大，產(chǎn)生不平衡的扭力，造成旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子發(fā)生劇烈震動，最終將推力軸承燒毀。

2 汽輪機組產(chǎn)生震動的危害

汽輪機組是熱電廠最重要的設(shè)備，當(dāng)汽輪機組發(fā)生超出規(guī)定的震動時，會對電廠整個系統(tǒng)的運行造成致命的影響，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[3]。汽輪機組發(fā)生震動造成的危害如下：

2.1 汽輪機震動導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸封發(fā)生嚴(yán)重磨損

當(dāng)汽輪機出現(xiàn)震動時，轉(zhuǎn)子端部軸承會出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，發(fā)電機組整體密封性能將會遭到破壞，最終會造成低壓缸進(jìn)入空氣等問題。當(dāng)機組發(fā)生密封破壞的同時，如果沒有采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制時，將會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，如圖3所示。

圖3 端部軸承磨損

密封的破壞，會對軸系表面潤滑膜造成破壞，降低了軸系的潤滑效果，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)致機組漏氣降低機械效率，造成了能源的浪費[4]。

2.2 汽輪機震動導(dǎo)致隔板之間氣封磨損

當(dāng)汽輪機出現(xiàn)震動時，隔板之間氣封會出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，會加大機組的漏氣，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。

2.3 震動造成熱電廠經(jīng)濟性能降低

汽輪機是將熱能轉(zhuǎn)變成機械能，機械能又帶動發(fā)電機進(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)濟效益也越高。當(dāng)汽輪機運行過程中，汽輪機氣封的間隙不大時，汽輪機熱效率就會高，反之，由于氣封間隙過大導(dǎo)致漏氣，會降低汽輪機的熱效率。汽輪機氣封的間隙大小，與機組震動情況存在直接關(guān)系，如震動太大，會增大氣封的間隙，造成機組熱效率降低，最終降低了電廠的經(jīng)濟效益[5]。

2.4 震動會間接、直接導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障

汽輪機的震動如果過大，會造成汽輪機組上儀表、傳感器等控制檢測設(shè)備不能正常的工作，工作過程中會出現(xiàn)錯誤的動作，致使汽輪機發(fā)生停機等事故。另外，發(fā)電機轉(zhuǎn)子在震動的作用下，會出現(xiàn)絕緣損壞，發(fā)電機在工作過程中，由于絕緣的損壞，會導(dǎo)致機組整體溫度的升高，致使繞組因高溫?zé)龤Ф搪罚斐砂l(fā)電機報廢。

汽輪機出現(xiàn)震動故障，是汽輪機維護(hù)中最難的問題，因為汽輪機的震動引發(fā)原因是多種多樣的[6]。我們要想解決汽輪機的震動故障，就必須找出產(chǎn)生震動的原因，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。

3 針對機組震動所采取的措施

1）汽輪機震動缺陷，主要是通過一些故障信號反映出來。安裝新的汽輪機或維修后的汽輪機，一定要通過試運行以及進(jìn)行各項震動測試合格以后，才能投送運行。當(dāng)測試震動超出規(guī)定時，要及時查找出原因，并根據(jù)情況采取措施，將震動降低在規(guī)定范圍之內(nèi)，當(dāng)震動恢復(fù)合格后才能投入運行。

2）制定相應(yīng)檢測措施。安裝相應(yīng)震動檢測裝置，實時檢測機組運行過程中震動的情況，如果震動幅值超過規(guī)定，檢測裝置將發(fā)出報警，提醒工作人員采取措施，防止發(fā)生重大事故。要加大震動的監(jiān)控，要將監(jiān)測震動常態(tài)化與制度化，要達(dá)到震動幅值超出規(guī)定前，能夠及時將汽輪機停機，防止事故的擴大[7]。

3）使用相應(yīng)傳感器有效進(jìn)行保護(hù)。在汽輪機經(jīng)常發(fā)生震動的部位安裝傳感器，這樣能夠?qū)崟r監(jiān)測到各部位震動發(fā)生的情況，根據(jù)傳感器實時發(fā)送的震動信號，操作人員能夠隨時了解機組運行情況，并且，控制設(shè)備能夠根據(jù)傳感器采集的信號，對機組進(jìn)行自動控制。

4 結(jié)語

汽輪機發(fā)生震動危害巨大，它不僅降低機組壽命，嚴(yán)重影響正常供電，甚至?xí)斐善啓C報廢。所以，采取合理、科學(xué)的方法與措施，減少、避免機組出現(xiàn)震動。新機接收前，要對機組進(jìn)行各項震動測試，必須合格以后再進(jìn)行裝機運行。在機組運行生產(chǎn)中，監(jiān)測震動要實施常態(tài)化與制度化，要嚴(yán)格控制、監(jiān)測機組震動情況，要對產(chǎn)生的震動原因?qū)嵭锌茖W(xué)化的分析，確保汽輪機正常運行。