電廠汽輪機組振動問題研究與處理措施

國能寧夏大壩三期發(fā)電有限公司 張 翔

引言

火電廠汽輪機軸瓦震動震動值的大小是衡量機組安全運行的重要參考，也是汽輪機安裝精度的重要體現(xiàn)。如果安裝工藝不達標，就會在后期運行過程中出現(xiàn)了異常振動，從而導致其他的發(fā)電設備運行受到影響，因此須加強對于日常振動的監(jiān)控管理，多方面排查造成汽輪機異常震動的原因，并根據(jù)實際狀況來進行判斷。

汽輪機組是發(fā)電廠運行過程中非常重要的基礎生產(chǎn)設備，但由于其運行時間較長，關鍵部位的運行零件由于長時間的運作和磨損很易出現(xiàn)故障，進而使得汽輪機組運行出現(xiàn)問題。目前發(fā)電廠設備中汽輪機組的多種故障中振動是非常常見且復雜的一種問題，造成汽輪機組異常振動的原因有很多，如部分設備或一些媒介都是引起汽輪機組整體異常振動的原因之一，參數(shù)油溫及油質等諸多原因須進行全面分析，才能進一步了解汽輪機組異常振動的誘發(fā)因素，從而查明原因進行優(yōu)化改進[1]。

發(fā)電廠設備在調(diào)試完成后進入正常的工作狀態(tài)，如發(fā)生了汽輪機的振動異常問題就會立馬進行預警，而從而避免后續(xù)其他設備也受到影響，汽輪機機械軸承振動標準如表1。由于發(fā)電廠生產(chǎn)環(huán)境較為復雜，導致發(fā)電設備出現(xiàn)故障的因素有很多種，在實際的生產(chǎn)過程中需進行定期的評測管理。在處理故障問題時需根據(jù)以往的處理經(jīng)驗來判斷汽輪機振動聲異常問題，根據(jù)這些信息從而確定引發(fā)故障的原因，對異常狀況判斷檢查機器故障問題，最后做出合理的判斷。

表1 汽輪機機械軸承振動標準（標準依據(jù)）

1 汽輪機組振動問題分析

1.1 故障特點

轉子質量不均衡。汽輪機組振動過程中，轉子質量不平衡的問題會導致其出現(xiàn)較強的離心力，這是在發(fā)電廠運行過程中導致振動問題的常見原因之一，一般情況下轉子質量參差不齊分為幾個大類，與系統(tǒng)性能息息相關。如，轉子彎曲而不能及時調(diào)節(jié)導致的彎曲狀態(tài)，這種情況會使得零件間的摩擦進一步增大，工件與導向板間摩擦增大使得調(diào)整控制無法進一步完成，從而使得汽輪機的葉片變形與膜片彎曲引發(fā)故障振動，蒸汽渦輪輪機的振動會在速度不斷增加的情況下離心力力度也隨之增大。對于軸向振動的變化須提前設置，方便后續(xù)的振動頻率的評估，如在這個過程中出現(xiàn)了錯誤操作會使得振動更加明顯。因此在實際的運行過程中，如軸承系統(tǒng)的重力高度值始終保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，振動幅度就會進一步增加，顯現(xiàn)出相同的頻率特性。

軸系無法對中。電廠汽輪機組運行過程中，對于軸驅動系統(tǒng)的要求非常高因此為了避免振動，須將零件安裝在相鄰的位置處，并在實際的操作過程中盡量縮小安裝的誤差偏離，如發(fā)現(xiàn)有偏離就需立馬調(diào)整位置。驅動軸系統(tǒng)故障導致的振動問題具有非常顯著的特征?？蛇x擇將兩個相鄰的軸安裝在對應的軸承部件上，兩個相鄰軸的偏差及傾斜度很容易導致汽輪機振動，所以需對偏差及傾斜度方面進行優(yōu)化。軸承對中故障問題在一定程度上反映了發(fā)電廠機組運行過程中的軸承偏差問題，針對于這類型的故障須根據(jù)實際狀況來進行全面測量與評估。

油膜振蕩。對于電廠的發(fā)電設備來說，汽輪機機組是非常重要的基礎發(fā)電設備，如汽輪機工作不穩(wěn)定，則會對整個發(fā)電過程帶來不良影響。工作過程中由于其不穩(wěn)定性或者是諸多故障原因，都會導致整個發(fā)電生產(chǎn)受到影響，在實際的振動過程中，先需確定振動的幅度，如有其他不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生需要對這些現(xiàn)象進行總結，并將數(shù)據(jù)進行匯集根據(jù)數(shù)據(jù)結果來合理控制速度固定值。如果汽輪機組在運行的過程中，轉子不穩(wěn)定就會使得機組的運行出現(xiàn)嚴重的不穩(wěn)定狀況，振動的幅度將進一步提升。

1.2 原因分析

1.2.1 中心振動異常

汽輪機的中心振動異常問題主要有幾方面原因：

汽輪機在實際的運行過程中，如果之前的預熱時間不夠長或是其運行速度過快，也會使得汽缸在加熱過程中出現(xiàn)膨脹變形的現(xiàn)象，這樣的熱膨脹會導致轉子和汽缸之間的相對偏差增大，從而使得機組在運行過程中很容易出現(xiàn)異常振動的現(xiàn)象；在最開始的設計階段入口溫度的規(guī)定是非常嚴格的，而汽輪機組在實際的運行過程中，卻并未嚴格按照入口溫度的設計規(guī)定去執(zhí)行，這就導致了差異膨脹的汽缸變形嚴重。真空度的下降會導致廢氣的溫度升高，從而軸承會向上移動、進而引發(fā)相應的振動，在這個過程中汽輪機的重心也會隨之而改變，整個設備就會出現(xiàn)異常振動。

在進行全面檢查后，需在安裝過程中以聯(lián)軸器的中心點為檢查重心，隨著整體設備的負載逐步增加，錯誤安裝會導致設備出現(xiàn)異常振動，甚至會使得設備整體的振動明顯提升。如果在設計過程中汽輪機組高于設計值的入口溫度運行，也會導致設備中心振動嚴重。

1.2.2 轉子質量不均衡

由于轉子的彈性彎曲而引起的振動，一般是在汽輪機運行過程中，由于葉片裝置的破裂或是損壞等導致裝置無法平衡在彈力彎曲的作用下，從而引發(fā)相應的振動。就導致汽輪機內(nèi)部部件摩擦的原因來說，其中轉子彎曲及其質量不平衡是主要原因，由于這類型的振動與其他不平衡所導致的振動特征類似兩者，唯一的區(qū)別就是軸向振動較為明顯，如果汽輪機在運行的過程中速度超過了規(guī)定值，那么振動的幅度也會逐步增加，軸承振動參考標準如表2。

表2 發(fā)電機組軸振標準

其次就是由于油膜損壞或不穩(wěn)定而導致引發(fā)的振動現(xiàn)象，這種是由于發(fā)電廠的汽輪機組長期運行在高負荷的狀態(tài)下，軸承油膜難以避免會受到損壞，從而變得不穩(wěn)定，軸承襯套的黑金在經(jīng)過燃燒后受到嚴重損壞，使其受熱不均勻，在軸頸彎曲的作用下汽輪機就會出現(xiàn)振動異常的狀況，在此時如果油膜損壞或是浮起會加速設備軸承襯套的燃燒，且軸頸受熱之后也會出現(xiàn)彎曲，進而引發(fā)振動。

對于蒸汽渦輪機內(nèi)部的零件摩擦來說，摩擦依舊會引發(fā)振動，而汽輪機在實際的運行過程中，若發(fā)電機定子和轉子氣隙不均勻，同時發(fā)電機的轉子出現(xiàn)繞組短路，就會引發(fā)汽輪機機組的異常振動，加上轉子葉片和導向葉片之間的摩擦，由于軸向誤差較大、渦輪葉片變形或安裝工藝存在誤差等原因也會引發(fā)摩擦和震動[2]。

1.2.3 油膜振蕩

油膜振動的原因主要是汽輪機機組的嚴重不穩(wěn)定性導致，汽輪機機組振動頻率與振動速度之比為1:2。在這種情況下，如蒸汽鍋輪機的運行速度超過初級臨界速度的兩倍，那么機組產(chǎn)生的低頻振動速度則與初級臨界速度同步。即在接收到共振系數(shù)的情況下汽輪機的低頻振動會在一定程度上放大，而且振動的頻率會增加，從而轉化為油膜振動。與此同時，油膜震動還會受到千斤頂軸中液壓壓力不足、運行過程中潤滑劑中存在雜質等方面的影響。

2 振動問題解決對策

根據(jù)汽輪機振動的應用要求，在實際的工作過程中需進行優(yōu)化調(diào)整，避免由于工作過程中出現(xiàn)振動而導致整個機組無法正常運行。這種方法主要是當前電廠汽輪機振動解決的有效方法，然而就目前實際狀況來說，發(fā)電廠的汽輪機組振動問題是不可避免的，其振動強度會嚴重影響到整個設備的正常運行。因此發(fā)電廠的相應管理人員須針對這種情況進行全面分析，加強對于汽輪機設備的實施監(jiān)控，充分研究振動問題，尋求科學合理的解決措施。

2.1 轉子熱彎曲、油膜震蕩、摩擦振動故障的解決措施

轉子的熱彎曲問題須實地進行分析，根據(jù)轉子的變化狀況來更換新的設備零件，新的轉子在運行過程中能有效降低整個汽輪機組的振動，防止其出現(xiàn)異常振動，那么整個機組就不會產(chǎn)生更強的作用力，這樣才使得汽輪機組能夠正常工作。

對于發(fā)電廠汽輪機組運行過程中的油膜震蕩故障，可選取以下的方法進行處理：首先工作人員可選擇減少軸瓦頂部間隙，或是通過增大軸承合金的寬度；其次選擇調(diào)整平衡之間的數(shù)值來使得不平衡分量降到最小；最后提高潤滑油的進油溫度，通常情況下提高到40～45攝氏度，降低油粘度，啟動頂油油泵，應用靜壓與動壓混合式運行的方法來增加軸承油膜的徑向剛度，一般情況下機組出現(xiàn)油膜震蕩使用該項措施非常有效，只要一啟動頂油油泵馬上可消除油膜震蕩。

對于發(fā)電廠的汽輪機組日常維修工作，須分析汽輪機組中各零件之間的摩擦狀況，在應用過程中如出現(xiàn)異響就需及時維修，有必要的話需要及時對零件進行更換，避免由于機組間的相鄰零件出現(xiàn)較強的摩擦，使得氣輪機組無法正常工作。

2.2 改進監(jiān)控措施

電廠汽輪機在運行過程中須配備軸承的振動測量裝置及相應的軸振動測量裝置，在實際的運行過程中需對其信息進行全面的監(jiān)控管理。如振動參數(shù)的數(shù)值超過一定范圍會發(fā)出相應的警告信號，這樣就有利于工作人員立馬進行檢查并采取措施進行處理，通過對異常癥狀問題進行及時處理能避免后續(xù)的振動事故[3]。在后續(xù)的軸承振動測試過程中，要能隨時隨地對設備振動狀況進行全面檢測，在此期間如發(fā)現(xiàn)所檢測的數(shù)據(jù)信息超過規(guī)定范圍需立馬發(fā)出警報，并指派專業(yè)的維修人員來進行管理，并根據(jù)警報信號及時采取科學有效的處理措施，盡最大的可能降低故障發(fā)生幾率。在解決常見的一些突發(fā)狀況后，須注重對于日常應用需求的一些處理，這樣才能盡可能避免日常事故發(fā)生。

2.3 科學有效的保護措施

電廠汽輪機組運行過程中須重視科學完善的軸承振動測量裝置和軸振動測量裝置（振動檢測、監(jiān)測系統(tǒng)），只有這樣才能使其在實際操作過程中振動的數(shù)據(jù)范圍不超過一定值，根據(jù)整個裝置所返回來的脈沖信號來強化對于整個電路回路的監(jiān)控管理，允許主蒸汽閥門自動關閉。另外如系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)了振動，須根據(jù)系統(tǒng)運行狀況對機組的基礎設備進行逐步完善，確保其在實際運行過程中有系統(tǒng)性的防振動保護裝置。在進行軸承振動測量的過程中，需將有關的安裝與處理工作落實到位，在安裝的過程中需考慮安裝過程中存在的一些特殊因素，安裝渦輪軸承后可任何時候對設備的振動情況進行檢查，如振動幅度超過了一定的數(shù)值范圍，就需將信號反饋出去來對電路進行全方位的控制科學合理，進一步提升設備的安全性[4]。

2.4 進行技術創(chuàng)新

在對電廠汽輪機組進行科學管理的過程中要加強對于新技術的創(chuàng)新優(yōu)化，在實際的工作過程中，一般都是直接使用啟動模式來進行操控，由于該種方式會產(chǎn)生較多的磨損更容易產(chǎn)生振動，根據(jù)這種方法的特殊性，須加強對于相關技術的創(chuàng)新優(yōu)化。

轉子的熱彎曲問題是較為嚴重的一個問題，目前對于各種問題的解決方法主要是通過更新新的設備零件來解決熱彎曲，新的轉子在運行過程中就不會出現(xiàn)異常振動，從而保證了汽輪機的正常工作；對于汽輪機組的轉子質量不平衡問題，需根據(jù)目前已有的運行信息以及相關數(shù)據(jù)來進行分析，通過減小負載的變化來降低負載的范圍，保證機組的正常運行；工作人員還需解決機組的軸不對稱問題，如果發(fā)生異常狀況須調(diào)整所有的設備與零件，盡量避免其發(fā)生較大的摩擦。

綜上，電廠汽輪機組的振動問題會影響到電廠發(fā)電機組的正常運行，需分析電廠汽輪機振動故障的產(chǎn)生原因，并根據(jù)實際工作狀況選擇科學合理的故障排除方案，加強對于故障問題的分析研究。工作人員只能夠通過科學完善的措施來盡量避免故障的出現(xiàn)幾率，保障電廠的正常運行。