汽輪機(jī)運(yùn)行振動(dòng)危害與解決措施

牛威豪

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的精密程度越來越高，內(nèi)部零件耦合狀態(tài)的要求也更加明顯。一旦某個(gè)零部件發(fā)生故障，將會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)鏈。對(duì)于汽輪機(jī)來說，可以通過觀察其振動(dòng)情況來判斷內(nèi)部零件是否出現(xiàn)松動(dòng)和發(fā)生故障。若汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)過大，則表明該汽輪機(jī)出現(xiàn)故障，必須立即診斷維修。影響汽輪機(jī)振動(dòng)的因素有很多，因此，準(zhǔn)確排查故障原因，給出解決措施，對(duì)企業(yè)有著重要意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)運(yùn)行;振動(dòng)危害;解決措施

1汽輪機(jī)運(yùn)行振動(dòng)的危害

（1）汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性降低。汽封間隙量與汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性之間有直接關(guān)聯(lián)。汽輪機(jī)振動(dòng)過大會(huì)導(dǎo)致汽封間隙變大，造成汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性降低。

（2）造成動(dòng)靜部分和支撐部件損壞。在機(jī)組異常振動(dòng)情況下，動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦，造成端部軸封磨損。此外，過大的振動(dòng)也會(huì)造成葉片、葉輪和密封瓦等部件出現(xiàn)疲勞，導(dǎo)致軸瓦烏金龜裂。

（3）造成連接部件松動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，會(huì)引發(fā)汽輪機(jī)的軸承、主油泵和渦輪等部件發(fā)生共振現(xiàn)象，造成連接螺栓松動(dòng)、地腳螺栓斷裂，最終機(jī)組發(fā)生故障。

（4）造成設(shè)備事故。汽輪機(jī)振動(dòng)過大會(huì)引起調(diào)速系統(tǒng)的不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生調(diào)速系統(tǒng)事故，甚至可能危急遮斷器，導(dǎo)致其操作失誤，造成事故停機(jī)。此外，過大振動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)部件松動(dòng)、損壞。

2故障特點(diǎn)

2.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的離心力或激振力是發(fā)電廠最重要的振動(dòng)問題之一。轉(zhuǎn)子質(zhì)量可以分為幾類，但它會(huì)直接影響系統(tǒng)的性能。例如，如果由于轉(zhuǎn)子彎曲而不能及時(shí)調(diào)整裝置的彎曲狀態(tài)，則會(huì)發(fā)生零件的摩擦，導(dǎo)致工件與導(dǎo)板之間的摩擦增大。調(diào)度控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片變形和隔板彎曲，從而引起振動(dòng)問題。這樣，汽輪機(jī)的振動(dòng)就會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大，離心力也隨之增大。對(duì)于軸向振動(dòng)的某些變化，必須預(yù)先設(shè)置阻力，以評(píng)估振幅。根據(jù)動(dòng)態(tài)軸承安裝的具體要求，嚴(yán)重的操作錯(cuò)誤或其他現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致明顯的振動(dòng)問題?？傊?，在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，如果軸承系統(tǒng)的重力相關(guān)剛度始終保持穩(wěn)定，機(jī)組在運(yùn)行初期的振幅會(huì)進(jìn)一步增大，機(jī)組的振動(dòng)也會(huì)逐漸表現(xiàn)出相同的頻率特性。

2.2軸系不能對(duì)中

火電廠汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中，對(duì)傳動(dòng)軸系統(tǒng)有著嚴(yán)格的要求。為避免劇烈振動(dòng)，必須在相鄰位置安裝相應(yīng)的零件。在實(shí)際操作中，如果橫向反射不均勻或根據(jù)軸和安裝要求有明顯偏差，則必須相應(yīng)調(diào)整位置。傳動(dòng)軸系統(tǒng)故障引起的振動(dòng)問題具有明顯的特點(diǎn)。

在相鄰兩根軸安裝在相應(yīng)軸承部件上的前提下，相鄰兩根軸的偏差和傾斜很容易引起汽輪機(jī)的振動(dòng)。因此，軸承找正故障問題在一定程度上反映了汽輪機(jī)組運(yùn)行中的軸承跑偏問題。針對(duì)這種振動(dòng)損傷現(xiàn)象，有必要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)汽輪機(jī)組外圈和兩個(gè)半聯(lián)軸器的開度偏差進(jìn)行測(cè)量、評(píng)定和調(diào)整。

2.3油膜振蕩

汽輪機(jī)是電廠發(fā)電設(shè)備的重要組成部分。其工作階段的不穩(wěn)定性將影響整個(gè)發(fā)電過程。在汽輪機(jī)組振動(dòng)階段，必須事先了解振動(dòng)的幅值。如有不穩(wěn)定等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)匯總數(shù)據(jù)，按定值控制轉(zhuǎn)速。如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中不穩(wěn)定，其振動(dòng)將非?；靵y，振幅將進(jìn)一步增大。油膜振動(dòng)主要是機(jī)組嚴(yán)重失穩(wěn)引起的，振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速之比為1.2。此時(shí)，即使裝置的速度增加，相應(yīng)的振動(dòng)頻率也保持在恒定狀態(tài)。這類振動(dòng)故障的主要特征是低頻振動(dòng)和小振幅振動(dòng)。在此前提下，當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速高于一次臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生的低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)速將與一次臨界轉(zhuǎn)速同步。也就是說，當(dāng)接收到共振系數(shù)時(shí)，汽輪機(jī)的低頻振動(dòng)會(huì)有一定程度的放大，頻率會(huì)增加，變成油膜振動(dòng)。油膜振動(dòng)與千斤頂軸內(nèi)液壓不足和工作時(shí)潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)有關(guān)，其突出特點(diǎn)是低頻振動(dòng)?？紤]到振動(dòng)頻率的要求，應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)調(diào)整相應(yīng)的振幅，避免劇烈振動(dòng)。

3汽輪機(jī)運(yùn)行振動(dòng)的解決措施

3.1重視汽輪機(jī)的安裝與檢修

汽輪機(jī)在安裝、檢修過程中，因操作不當(dāng)，汽輪機(jī)在以后運(yùn)行中發(fā)生異常振動(dòng)的概率很大。這是因?yàn)楣ぷ魅藛T的失誤可能會(huì)造成異步振動(dòng)、轉(zhuǎn)子中心不對(duì)中、墊鐵與臺(tái)板存在間隙等現(xiàn)象。因此，為確保汽輪機(jī)正常運(yùn)行，首先是在安裝過程中，找準(zhǔn)汽輪機(jī)組的中心位置，切忌出現(xiàn)位移。其次是定期安排檢修工作，排查安全隱患，出現(xiàn)常見的故障特征，要立即采取緊急維修措施。最后是在安裝或檢修后必須進(jìn)行試運(yùn)行，當(dāng)汽輪機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)都滿足使用需求且不出現(xiàn)故障特征時(shí)，方可移交生產(chǎn)或投入使用。汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，若發(fā)生異常振動(dòng)，必須及時(shí)找出原因，只有當(dāng)振動(dòng)控制在合理范圍后，才能繼續(xù)生產(chǎn)。此外，汽輪機(jī)在開始生產(chǎn)前，要先進(jìn)行暖機(jī)，提高其在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

3.2科學(xué)有效的保護(hù)措施

電廠汽輪機(jī)機(jī)組必須配備防振裝置，允許在操作期間實(shí)際振動(dòng)參數(shù)值超出允許范圍時(shí)，該裝置充分利用脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)回路傳動(dòng)的全面保護(hù)，并允許主蒸汽閥自動(dòng)關(guān)閉操作。它可以在發(fā)生振動(dòng)問題時(shí)隨時(shí)關(guān)閉并盡可能保護(hù)整個(gè)汽輪機(jī)設(shè)備的性能。為了確保汽輪機(jī)的有效應(yīng)用，實(shí)際中可以構(gòu)建一個(gè)完整的保護(hù)系統(tǒng)來了解每個(gè)設(shè)備的信息。考慮到安裝過程的特殊要求，有必要在設(shè)備中安裝防振設(shè)備。如果超出規(guī)定范圍，則在發(fā)送脈沖信號(hào)后將保護(hù)控制電路。為了正確保護(hù)設(shè)備，首次關(guān)閉設(shè)備后有必要以信號(hào)傳輸?shù)男问酵ㄖ獑T工。

3.3加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)視

為確保汽輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)視工作必不可少，這是預(yù)防汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵。例如，通過安裝軸承振動(dòng)測(cè)量裝置、大軸振動(dòng)測(cè)量裝置來檢測(cè)汽輪機(jī)振動(dòng)情況。這類裝置能夠?qū)ζ啓C(jī)的振動(dòng)情況產(chǎn)生反饋，當(dāng)汽輪機(jī)振動(dòng)頻率超過設(shè)定值時(shí)，裝置會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而以最快速度通知維修人員進(jìn)行搶修，必要時(shí)停機(jī)處理，防止機(jī)組損壞擴(kuò)大。

3.4利用傳感器加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)的保護(hù)

一套完善的振動(dòng)保護(hù)裝置包含多種傳感器，例如，位移傳感器、溫度傳感器、重力傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器等。利用這些傳感器能夠組成監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)又組合在一起，成為保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。當(dāng)汽輪機(jī)振動(dòng)超過臨界值時(shí)，裝置能夠發(fā)出脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)主汽門的自動(dòng)關(guān)閉，汽輪機(jī)的緊急停機(jī)。近年，隨著各行各業(yè)都在開展自動(dòng)化控制，保護(hù)裝置對(duì)汽輪機(jī)的重要性不言而喻。因此，企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置自動(dòng)化的研究力度，不斷提升保護(hù)動(dòng)作的安全性和可靠性。

3.5進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新

在電廠管理過程中，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造。在設(shè)備工作階段，主要使用直接啟動(dòng)模式。該控制方法對(duì)設(shè)備是高度磨蝕的，并且非常容易振動(dòng)?？紤]到其特殊性，有必要提前進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

（1）解決轉(zhuǎn)子熱彎曲的問題。主要方法是及時(shí)更換新轉(zhuǎn)子，新的轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，而汽輪機(jī)則不會(huì)因此被誘發(fā)。

（2）解決轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均的問題。在調(diào)整了機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)之后，可以掌握機(jī)組的負(fù)載數(shù)據(jù)并確定引起氣流激發(fā)振動(dòng)的機(jī)組的工作狀態(tài)。通過減小負(fù)載變化率并避免氣流激勵(lì)的負(fù)載范圍，可以避免氣流激勵(lì)。

（3）解決軸不對(duì)稱的方法。一旦發(fā)生異常情況，必須及時(shí)調(diào)整每個(gè)設(shè)備并更換零件，避免摩擦和振動(dòng)。

結(jié)論

振動(dòng)現(xiàn)象普遍存在于汽輪機(jī)運(yùn)行中且無法被消除，但應(yīng)將振動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)。若機(jī)組振動(dòng)過大，會(huì)導(dǎo)致零部件松動(dòng)，降低軸承與基座間的連接剛度，危急整個(gè)電力供汽系統(tǒng)，最終被迫停機(jī)。因此，工作人員要熟知汽輪機(jī)振動(dòng)故障現(xiàn)象，及時(shí)找出振動(dòng)原因，采取科學(xué)合理的手段來減小振動(dòng)，確保汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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