空壓機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析

沈峰

[摘 ? ?要]近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日漸擴(kuò)大，各個(gè)工業(yè)企業(yè)都在積極探索人工生產(chǎn)向機(jī)械生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，很多工業(yè)企業(yè)內(nèi)都配備了各種的生產(chǎn)設(shè)備，給予了生產(chǎn)以一定的設(shè)備保障。一些工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，空壓機(jī)組汽輪機(jī)是重要的設(shè)備配置，因?yàn)樘幱诟邚?qiáng)度、長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，空壓機(jī)組汽輪機(jī)常常會(huì)由于各種的操作、環(huán)境等問題而引起異常振動(dòng)，影響了設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，對(duì)空壓機(jī)組汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因展開了詳細(xì)的分析，從這些角度給予了適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)預(yù)防和控制，有利于提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

[關(guān)鍵詞]空壓機(jī)組;汽輪機(jī);異常振動(dòng);原因;處理

[中圖分類號(hào)]TK268 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–0–03

[Abstract]In recent years， with the gradual expansion of industrial production scale， various industrial enterprises are actively exploring the transition from manual production to mechanical production. Many industrial enterprises are equipped with various production equipment， which provides a certain degree of equipment guarantee for production. . In some industrial production enterprises， the air compressor steam turbine is an important equipment configuration， because under high-intensity and long-term operation conditions， the air compressor steam turbine often causes abnormal vibration due to various operating and environmental problems. Affect the reliable operation of the equipment. Therefore， a detailed analysis of the reasons for the abnormal vibration of the air compressor unit steam turbine is carried out， and proper vibration prevention and control are given from these perspectives， which is beneficial to improve the reliability of equipment operation.

[Keywords]air compressor; steam turbine; abnormal vibration; cause; treatment

近年來，很多企業(yè)在生產(chǎn)中都配備了空壓機(jī)組汽輪機(jī)，經(jīng)由這一設(shè)備與其他設(shè)備的高度配合，不僅提升了整體的生產(chǎn)效率，更是給企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。但空壓機(jī)組汽輪機(jī)的構(gòu)成十分復(fù)雜，再加上在使用和運(yùn)行中的高要求和高標(biāo)準(zhǔn)，一旦某一零部件出現(xiàn)了故障，或者存在不恰當(dāng)?shù)牟僮餍袨?，?shì)必會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)組汽輪機(jī)面臨運(yùn)行不穩(wěn)定、故障頻發(fā)的問題。根據(jù)調(diào)查，振動(dòng)過大是空壓機(jī)組汽輪機(jī)最為常見的故障，引發(fā)這一故障的原因有多種，在預(yù)防方面應(yīng)有針對(duì)性地加以控制，保持空壓機(jī)組汽輪機(jī)最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

1 空壓機(jī)組汽輪機(jī)概述

工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的汽輪機(jī)使用非常多，伴隨著汽輪機(jī)發(fā)展過程中的電能資源需求量同步增加，導(dǎo)致很多的汽輪機(jī)無法保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，可能會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)的現(xiàn)象。如果汽輪機(jī)的振動(dòng)異常情況長期得不到及時(shí)有效的處理，勢(shì)必會(huì)引起汽輪機(jī)的安全故障，因此，各個(gè)工業(yè)企業(yè)在汽輪機(jī)的使用中，要重視對(duì)振動(dòng)故障的處理和判定。在汽輪機(jī)的振動(dòng)故障排查時(shí)，需要由專業(yè)人員在汽輪機(jī)運(yùn)行的初始階段來進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，以消除潛在的故障。汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中往往會(huì)伴隨著基礎(chǔ)的沉降導(dǎo)致的與空壓機(jī)組中心的偏差，油品質(zhì)的下降以及在設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中一些零部件的磨損和損壞等問題，都會(huì)造成汽輪機(jī)的振動(dòng)異常。根據(jù)生產(chǎn)領(lǐng)域的汽輪機(jī)運(yùn)行和使用情況，由疲勞等機(jī)械問題所引起的汽輪機(jī)振動(dòng)過大故障雖較為常見，但環(huán)境異常所引發(fā)的振動(dòng)過大故障出現(xiàn)的幾率則更高。伴隨著空壓機(jī)組汽輪機(jī)的運(yùn)行，壓縮機(jī)中的葉片往往需抵抗高轉(zhuǎn)速以及巨大的離心負(fù)荷對(duì)其所造成的機(jī)械負(fù)荷作用力，如果出現(xiàn)了過度磨損，汽輪機(jī)將伴隨著抖振的問題。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的危害

2.1 軸封磨損

當(dāng)空壓機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)過大時(shí)，勢(shì)必會(huì)伴隨著嚴(yán)重的軸封磨損問題，當(dāng)出現(xiàn)了軸封磨損的情況以后，汽輪機(jī)的密封將被破壞，在汽輪機(jī)的運(yùn)行中，外漏氣異常增大，當(dāng)蒸汽進(jìn)入了軸系以后，潤滑油中所混入的水分含量偏高，油膜被破壞，軸瓦烏金熔化，運(yùn)行中的漏氣損失十分大。此外，在振動(dòng)偏差的情況下，隔板汽封的磨損加劇，級(jí)間漏氣和轉(zhuǎn)子軸向力都同步增大，汽輪機(jī)無法保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 滑銷系統(tǒng)磨損

滑銷系統(tǒng)作為汽輪機(jī)中的重要構(gòu)成，當(dāng)在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中出現(xiàn)了振動(dòng)過大的情況以后，同樣會(huì)加劇滑銷系統(tǒng)的磨損。從汽輪機(jī)機(jī)組的總體構(gòu)成來看，滑銷系統(tǒng)的存在是為了實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)汽缸和軸承外殼的固定，當(dāng)在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)了異常受熱或者冷卻的情況以后，滑銷系統(tǒng)的調(diào)整使得機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)一定的收縮或者膨脹。當(dāng)汽輪機(jī)的振動(dòng)處于不正常情況時(shí)，滑銷系統(tǒng)的磨損將加劇，增大了汽輪機(jī)運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 空壓機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因

3.1 轉(zhuǎn)子受熱彎曲變形而導(dǎo)致異常振動(dòng)

汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，振動(dòng)異常十分常見，零部件問題、操作失誤等都會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)過大。根據(jù)汽輪機(jī)振動(dòng)異常的原因分析，轉(zhuǎn)子受熱彎曲變形是一個(gè)重要原因，在生產(chǎn)領(lǐng)域由這一原因而導(dǎo)致的振動(dòng)異常故障出現(xiàn)頻次非常高。但轉(zhuǎn)子受熱彎曲變形往往是由多種因素所導(dǎo)致，具體包含：轉(zhuǎn)子散熱性能不佳、自身過熱等。根據(jù)空壓機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行原理，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，冷空氣與水汽陸續(xù)進(jìn)入汽缸以后，也就存在與汽缸之間的巨大摩擦力，而這一摩擦作用下也伴隨著大量的熱能產(chǎn)生，如果這些熱能無法及時(shí)散發(fā)出去，勢(shì)必出現(xiàn)轉(zhuǎn)子的受熱彎曲和變形。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了受熱彎曲情況以后，汽輪機(jī)機(jī)組的正常運(yùn)行也將受到影響，而此時(shí)將導(dǎo)致汽輪機(jī)的振動(dòng)偏大，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種振動(dòng)異常并加以有效處理，整個(gè)生產(chǎn)過程中將會(huì)面臨一定的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)斐蓢?yán)重的損失。轉(zhuǎn)子受熱彎曲的情況下，軸彈力勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，無法保持原狀，轉(zhuǎn)子不平衡且離心相位也處于異常情況下。當(dāng)軸彈力與離心力能夠相互抵消時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅度相對(duì)較小，這種振動(dòng)異常對(duì)于汽輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的影響相對(duì)較小，而如果二者無法相互抵消甚至出現(xiàn)了疊加現(xiàn)象，意味著轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅度非常大，對(duì)汽輪機(jī)的損害也相對(duì)較大。

3.2 由于氣流不均產(chǎn)生氣流激振

當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行中存在氣流不均的現(xiàn)象時(shí)，隨著汽輪機(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將同步產(chǎn)生氣流激振的問題，導(dǎo)致汽輪機(jī)的振動(dòng)異常，根據(jù)汽輪機(jī)的使用情況，氣流不均所引起的振動(dòng)故障也十分常見。企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中，當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組在運(yùn)行的過程中保持長時(shí)間的負(fù)荷增加狀態(tài)時(shí)，一旦其負(fù)荷超出了臨界值，將使得汽輪機(jī)的軸振動(dòng)伴隨著這一運(yùn)行趨勢(shì)在極短的時(shí)間內(nèi)快速增大。當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷在臨界點(diǎn)以內(nèi)時(shí)，汽輪機(jī)的振動(dòng)將相對(duì)弱一些。根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，汽輪機(jī)振動(dòng)頻率與高壓轉(zhuǎn)子一階的臨界轉(zhuǎn)速相等或者略小，所產(chǎn)生的氣流激振為正向渦動(dòng)，在高壓轉(zhuǎn)子部位較為常見，但一些特殊情況下，這一現(xiàn)象也可能出現(xiàn)在中壓轉(zhuǎn)子部位。氣流激振的產(chǎn)生，往往是因?yàn)槠啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，氣道中的氣流均勻性不足，葉片無法保持均勻的受力狀態(tài)所導(dǎo)致。如果汽輪機(jī)存在軸封不嚴(yán)密的情況，同樣可能會(huì)出現(xiàn)氣流激振的現(xiàn)象。

3.3 因摩擦振動(dòng)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲變形

由于汽輪機(jī)的特殊運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)轉(zhuǎn)原理，使得汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)一定的摩擦振動(dòng)現(xiàn)象，雖然摩擦振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于汽輪機(jī)正常運(yùn)行的干擾相對(duì)較小，但對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的危害卻非常大。在摩擦振動(dòng)作用下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的受熱無法保持均勻，將會(huì)引發(fā)局部的熱彎曲，轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象明顯，增大了汽輪機(jī)的振動(dòng)異常故障幾率。

3.4 由于轉(zhuǎn)子劇烈振動(dòng)產(chǎn)生油膜震蕩

汽輪機(jī)在運(yùn)行的過程中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也是運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重點(diǎn)性評(píng)估指標(biāo)，當(dāng)汽輪機(jī)的運(yùn)行功率偏大的情況下，勢(shì)必伴隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高轉(zhuǎn)動(dòng)速度，也就同步增大了汽輪機(jī)的振動(dòng)幅度，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹌啓C(jī)相關(guān)部件的破壞。因此，轉(zhuǎn)子劇烈振動(dòng)所產(chǎn)生的油膜震蕩，同樣會(huì)加劇振動(dòng)異常和危害，導(dǎo)致汽輪機(jī)無法保持其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，相應(yīng)的參數(shù)不正確且故障幾率增大。

4 汽輪機(jī)常見異常振動(dòng)的處理措施

4.1 對(duì)轉(zhuǎn)子熱彎曲故障所采取的處理措施

因?yàn)榭諌簷C(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)異常故障，為確保故障處理的及時(shí)性和有效性，應(yīng)針對(duì)引發(fā)汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因，來采取恰當(dāng)?shù)墓收咸幚韺?duì)策。對(duì)于轉(zhuǎn)子熱彎曲所導(dǎo)致的異常振動(dòng)，應(yīng)從以下方面來預(yù)防。

（1）設(shè)備的安裝工作進(jìn)行中，安裝人員必須要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的安裝規(guī)范和要求，比如，使用鋼絲校準(zhǔn)軸線，提高安裝的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。

（2）縱向中軸線前后要進(jìn)行預(yù)埋位置的精準(zhǔn)設(shè)置，并對(duì)螺絲加以適當(dāng)調(diào)整，設(shè)置對(duì)應(yīng)的鋼絲架，使用鋼皮來進(jìn)行洼窩兩側(cè)長度的測(cè)量，保持兩側(cè)長度完全相等。

（3）復(fù)測(cè)工作中，針對(duì)橫向找平處理，可直接使用水平儀，為保障測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)在洼窩面上進(jìn)行水平儀的放置，在豎向方向由專業(yè)人員來加以調(diào)整，使得軸承座的水平性符合測(cè)量規(guī)范性要求。

（4）對(duì)全部機(jī)組加以全面排查，當(dāng)排查中發(fā)現(xiàn)了問題后，立即進(jìn)行相應(yīng)的處理。只有保障了安裝的正確性，才能夠使得汽輪機(jī)軸承的縱向和橫向穩(wěn)定性都得以實(shí)現(xiàn)，也就避免了在汽輪機(jī)運(yùn)行中因?yàn)檗D(zhuǎn)子受力不均勻而導(dǎo)致的摩擦加劇，避免轉(zhuǎn)子熱彎曲所導(dǎo)致的振動(dòng)異常。但如果汽輪機(jī)使用時(shí)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子熱彎曲，要立即進(jìn)行轉(zhuǎn)子的更換。

4.2 對(duì)氣流不均形成氣流激振采取的處理措施

針對(duì)汽輪機(jī)的氣流激振故障，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，也需要對(duì)這一類故障引起足夠的重視，并保障處理的及時(shí)性。在組織相關(guān)人員進(jìn)行故障的排查時(shí)，結(jié)合所采集到的故障數(shù)據(jù)和信息來進(jìn)行，繪制對(duì)應(yīng)的振動(dòng)曲線，在該曲線繪制出來以后詳細(xì)分析汽輪機(jī)的振動(dòng)情況，與正常運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)加以對(duì)比，適當(dāng)對(duì)給水量和負(fù)荷速率等指標(biāo)加以調(diào)整。根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行調(diào)查，在不同的調(diào)整幅度和方式下，對(duì)氣流激振的控制效果也存在著明顯的區(qū)別，具體的調(diào)整過程中，專業(yè)人員要根據(jù)記錄數(shù)據(jù)的對(duì)比與分析結(jié)果，獲得能夠抵消氣流激振的調(diào)整方式信息，保障調(diào)整的合理性與科學(xué)性，適當(dāng)將負(fù)荷速率控制在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，避開氣流激振下的負(fù)荷范圍，維持汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3 因摩擦振動(dòng)產(chǎn)生故障采取的處理措施

摩擦振動(dòng)是任何汽輪機(jī)運(yùn)行過程中都不可避免的問題，究其原因，主要是由于汽輪機(jī)的各個(gè)部件在運(yùn)行時(shí)存在摩擦，只能夠采取恰當(dāng)?shù)拇胧┘右钥刂?，并不能從源頭上將不同部件之間的摩擦問題完全消除。當(dāng)在汽輪機(jī)的使用過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損情況時(shí)，將同步伴隨著異常振動(dòng)問題，增大了汽輪機(jī)運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)摩擦振動(dòng)所引起的汽輪機(jī)故障，在日常的工作中需定期安排專業(yè)人員進(jìn)行汽輪機(jī)各個(gè)部件的全面檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在摩擦問題，應(yīng)進(jìn)行靜摩擦或者動(dòng)摩擦的有效區(qū)分，一旦其摩擦?xí)r產(chǎn)生的噪音過大，就要立即上報(bào)有關(guān)部門并組織專業(yè)的維修人員來進(jìn)行維修。被摩擦損壞的各個(gè)部件，都應(yīng)該立即更換，以避免摩擦的進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)其他部件的影響。

4.4 對(duì)發(fā)生油膜震蕩采取的處理措施

油膜震蕩同樣會(huì)引起汽輪機(jī)的異常振動(dòng)，在日常的工作中，針對(duì)油膜震蕩所導(dǎo)致的振動(dòng)故障，可以通過以下的方式來加以應(yīng)對(duì)：適當(dāng)增大軸瓦比壓，這一控制方式對(duì)于油膜震蕩的控制非常有效;將軸瓦的軸承合金寬度適當(dāng)增大，這一調(diào)整方式下，軸瓦頂部的孔隙也將同步減小，也就減小了油膜震蕩的危害;對(duì)軸瓦與軸頸的接觸角度加以適當(dāng)調(diào)整，使得接觸角度可以符合汽輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;在汽輪機(jī)機(jī)組內(nèi)選擇特定型號(hào)的潤滑油，一般選用動(dòng)力黏度偏小的潤滑油，以提升機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，減小振動(dòng)故障的發(fā)生;適當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子平衡的保持和調(diào)整。

5 結(jié)束語

空壓機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中，振動(dòng)過大的問題對(duì)汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了巨大的影響，因此，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，都要重視汽輪機(jī)振動(dòng)問題的處理，針對(duì)不同原因所導(dǎo)致的振動(dòng)異常，采取有針對(duì)性的預(yù)防和控制對(duì)策，最大程度上發(fā)揮汽輪機(jī)在生產(chǎn)中的作用。

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