火電廠汽輪機異常振動處理措施探究

葛志剛

國能重慶萬州電力有限責任公司 重慶 404027

1 引言

火電廠中汽輪機的異常振動故障最為常見，多種內部故障會以異常振動的形式表現(xiàn)，因此，應以汽輪機異常振動為契機診斷汽輪機其他故障。由于此類故障如果不及時發(fā)現(xiàn)和排除，還會加劇振動所造成的危害，導致其他故障概率及其危害程度的增加，這就會降低火電廠的經濟和社會效益，甚至會引發(fā)供電異常，威脅人們的用電安全。這就需要重點針對汽輪機異常振動的原因加以分析并研究相應的處理措施。

2 火電廠汽輪機異常振動概述

汽輪機運行中出現(xiàn)振動現(xiàn)象是不可避免的，只要將汽輪機的振幅控制在規(guī)定范圍之內則不會對其正常運行造成影響。但是如果振幅過大，也就是出現(xiàn)了異常振動現(xiàn)象，也就是汽輪機的振幅超過了允許的最大值時，就可能會引發(fā)汽輪機連接部位的零件出現(xiàn)松動問題，這就會引發(fā)汽輪機運行故障?；蛘呤怯捎陲@著的振動問題而加劇汽輪機與支撐零件之間的摩擦，從而對汽輪機本體造成損壞并縮短其使用壽命。還會因為異常振動原因而導致火電廠汽輪機故障概率的增加，從而會降低火電廠的整體發(fā)電質量和效率，導致火電廠整體經濟效益的降低。

3 火電廠汽輪機異常振動的判斷方法

在對汽輪機的異常振動進行判斷時，主要針對性分析振動的相位、穩(wěn)定性、頻率以及相鄰軸承的相位變化等因素。具體地說，汽輪機異常振動的判斷依據(jù)，首先是振動相位是否變化以及發(fā)生變化的具體變化范圍。其次是依據(jù)相應的振動現(xiàn)象的負荷、轉速、持續(xù)時間、勵磁電流強度、汽輪機表面溫度等參數(shù)對汽輪機振動現(xiàn)象的穩(wěn)定性加以判斷。再次是根據(jù)不同的汽輪機振動頻率來判斷其產生原因，比如振動頻率主要分為1/2X、1X、2X三種，需要針對不同的振動頻率來分析其引發(fā)原因。最后是結合相鄰軸承的具體狀態(tài)，分析同向或反向等現(xiàn)象對相鄰軸承造成的具體改變。除了上述內容，如果汽輪機本身存在結構設計不合理的原因，也會引發(fā)異常振動問題。

針對上述特點，在汽輪機異常振動故障診斷時通常會采取頻譜分析和故障信號處理等方加以判斷。對于前者來說，通過頻譜檢測儀來檢測振動頻率，檢測不同頻率諧波振動分量下的振幅及其對應的幅值譜，通過自動生成的譜線高度等判斷頻率分量振幅大小，分解不同信號中的頻率成分并識別分解之后的頻率，判斷故障位置。對于后者來說，針對大量分頻現(xiàn)象判斷摩擦或氣流激振問題，按相應的故障信號采取小波變化分析等方法來處理，提出一段時間內的信號頻率加以分析，深入分析其時間基數(shù)和頻率基數(shù)等，有效處理汽輪機故障信號。

4 火電廠汽輪機出現(xiàn)異常振動的原因

4.1 轉子熱變形的原因 汽輪機運行中轉子始終處于高速運轉狀態(tài)，不可避免會由于摩擦等原因而產生熱量，或者由于汽輪自身的密封不嚴而導致泄漏問題，外部的空氣或水汽、雜質等進入氣缸中，會與氣缸壁以及內部元器件發(fā)生摩擦，都就會產生熱量。如果轉子內部散熱條件較差，難以及時將熱量散發(fā)而導致熱量不斷積聚，就會造成溫度不斷升高，一旦超出轉子不可以承受的溫度就會造成熱變形問題。此問題表現(xiàn)出轉子受熱而彎曲，這就會改變轉子的軸彈力而造成轉子失衡，還會改變離心相位。如果上述改變較小，且軸彈力和離心力可以相互抵消則通常不會引發(fā)異常振動問題。反之，如果二者無法抵消，或者還會疊加在一塊，就會加劇轉子振動并引發(fā)異常振動故障，同時伴隨著較大的噪音。

4.2 氣流激振原因 由于火電廠運行中的負荷處于波動狀態(tài)，偶爾也存在超負荷運行情況，如果超過規(guī)定的臨界點且持續(xù)時間較長，則會加劇軸振動現(xiàn)象，而在低于此臨界點時又會使得振動現(xiàn)象的迅速減弱。通常情況下，上述原因引發(fā)的振動現(xiàn)象的振動頻率與高壓轉子一階的臨界轉速近似時，會產生正向渦動的氣流激振，且產生部位通常為高壓轉子位置或者是再熱中壓轉子位置。如果此時汽輪機運行過程總出現(xiàn)氣道中的氣流不均勻問題，這就會導致葉片受力不均。尤其是針對大型機組來說，通常在葉片末端出現(xiàn)氣流膨脹而改變氣流運行路徑，這就會引發(fā)氣流激振問題。

4.3 摩擦振動原因 在汽輪機長時間運行并不斷積聚熱量導致轉子熱變形的同時，會造成轉子彎曲而產生不平衡力，進而會對轉子正常旋轉造成干擾和沖擊，這就導致在轉子旋轉過程中的振動信號中，還會增加除了正常的工頻為主頻的振動信號之外的高頻分量和倍頻等其他振動頻率，因而會由于上述不平衡力而加劇轉子摩擦。同時由于摩擦引發(fā)的振動幅值和相位自身存在波動性的特點，此種摩擦問題還會導致正常振動時所產生波動的持續(xù)時間延長，這就會導致摩擦所引發(fā)振動的幅度隨之增加，這也會導致相位和幅值出現(xiàn)波動。

4.4 油膜振蕩原因 正常的轉子在旋轉運行時會在表面產生一層油膜起到潤滑和冷卻等保護作用，但是如果在汽輪機處于高負荷的運行狀態(tài)下會使得轉子加速旋轉，此時可能對轉子油膜造成破壞，進而會破壞轉子的平衡性與旋轉穩(wěn)定性。此外，還可能會由于轉子軸線和平衡點渦動之間的關系而導致轉子失去平衡，出現(xiàn)油膜震蕩問題。

5 火電廠汽輪機常見異常振動的處理措施

5.1 轉子熱變形的預防處理 為了預防或降低轉子熱變形的發(fā)生概率，在汽輪機設備及轉子安裝過程中，不僅要嚴格執(zhí)行安裝步驟和流程、要求，而且要使用鋼絲對軸線加以校準來保證其準確性。也就是在軸向中軸線前后位置設置預埋位置并調整螺絲，制定相應的鋼絲架。然后使用鋼皮尺對洼窩兩側的長度進行測量和調整，確保兩側的長度一致。還要使用水平儀開展復測工作，確保橫向的水平性。也就是將水平儀放置在洼窩面上，合理調整豎向位置，保證軸承座的水平度達標?；谏鲜龇椒ǎ鹨粚λ枰惭b的機組構件開展調整和設備校準工作，保證汽輪機軸承縱向和橫向上的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)轉子受力不均的問題。而針對出現(xiàn)了嚴重熱彎曲問題的轉子，則需要及時更換并排除故障。

5.2 氣流激振問題的處理 針對氣流激振故障的排查結果進行振動曲線的繪制，也就是基于所記錄的數(shù)據(jù)繪制成的運行曲線來調整給水量和負荷速率，結合所記錄數(shù)據(jù)的對比以及不同調整方式對氣流激振結果的影響，采取可以對氣流激振加以抵消的調整方式，最大化減小此問題所引發(fā)的危害。從而降低負荷率，盡量縮小氣流激振的危害范圍，避免此問題引發(fā)異常振動而影響汽輪機的正常運行。

5.3 摩擦振動問題的處理 由于汽輪機運行中各個構件之間的相互摩擦問題難以根除，如果摩擦嚴重則可能會引發(fā)轉子熱變形而導致異常振動問題。因此，在汽輪機運行中應加強日常巡檢，及時發(fā)現(xiàn)內部部件的摩擦現(xiàn)象，判斷是靜摩擦還是動摩擦，針對出現(xiàn)嚴重摩擦以及較大噪聲的問題加以檢修或更換。此外，在日常運維管理中，還應加強對各個部件的維護保養(yǎng)，做好潤滑和冷卻等工作，調整好相互之間的間隙，降低摩擦概率及其造成的危害。

5.4 油膜震蕩問題的處理 針對油膜震蕩問題，首先要增加軸瓦的比壓來減輕油膜震蕩問題，二者可以調整上軸瓦的軸承合金寬度，縮小軸瓦頂部的孔隙來降低油膜震蕩的發(fā)生概率。其次是調整軸瓦與軸頸之間的角度，縮小二者之間的接觸角來減輕油膜震蕩問題。在機組中選擇應用具有較小動力粘度的潤滑油來提升機組工作效率并降低油膜震蕩危害。最后就是改善轉子的不平衡狀態(tài)，最大化降低轉子的不平衡力，保證轉子的穩(wěn)定運行，從而降低油膜震蕩的出現(xiàn)概率。

此外，火電廠運行檢修工作人員，應加強學習，提升專業(yè)技術水平，針對異常報警信號，作出及時響應，結合上述故障檢修經驗，正確開展故障維修和排除工作。同時還要加強巡檢，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，確保檢修管理工作的規(guī)范化和制度化。

6 結語

目前火電廠規(guī)模在逐漸擴大，同時汽輪機組的容量也在同步增加，使其結構更加復雜，同時在高負荷和長時間運行狀態(tài)下出現(xiàn)異常振動問題的概率也隨之增加。針對上述現(xiàn)象，就需要采取科學的方法診斷異常振動故障，并且總結可能會引發(fā)此類故障的各類原因，結合不同原因做好預防和處理工作，及時排除故障，保證火電機組的穩(wěn)定和高效運行。