淺談石化裝置中汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障分析及維修方法

李同勇

（大慶石化公司設(shè)備維修中心，黑龍江 大慶 163000）

1 分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因的重要意義

汽輪機(jī)是發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，不過，由于其運(yùn)行周期較長(zhǎng)，所以在實(shí)際運(yùn)行時(shí)其關(guān)鍵部件可能會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性下降的問題，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定與安全受到一定程度的影響。而在汽輪機(jī)組故障中，一個(gè)較為常見其復(fù)雜的問題就是異常振動(dòng)，引發(fā)該問題的因素眾多，只要與汽輪機(jī)設(shè)備相關(guān)的零件均可能會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)異常振動(dòng)，如油溫、油質(zhì)、轉(zhuǎn)子以及進(jìn)汽參數(shù)等，所以唯有對(duì)其出現(xiàn)異常振動(dòng)的原因進(jìn)行分析與探討，方可針對(duì)性地進(jìn)行處理，確保發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行正常與穩(wěn)定。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

汽輪機(jī)在運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)葉片脫落、折斷、結(jié)垢、腐蝕、不均勻磨損等情況，均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的問題產(chǎn)生。例如，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組不平衡、松動(dòng)等均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的情況發(fā)生。一旦出現(xiàn)該問題就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子每次轉(zhuǎn)動(dòng)一周均要承受不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力影響，久而久之，就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)。此外，轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)的情況出現(xiàn)。轉(zhuǎn)子彎曲即便不會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)動(dòng)靜部件發(fā)生摩擦，也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)。具體振動(dòng)特征類似由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引發(fā)振動(dòng)的情況，其區(qū)別在于該類振動(dòng)的軸向振動(dòng)較為明顯，尤其是達(dá)到轉(zhuǎn)速臨界過程中，會(huì)產(chǎn)生巨大的軸向振幅。

2.2 轉(zhuǎn)子熱變形

如果產(chǎn)生轉(zhuǎn)子變形的情況，也會(huì)導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)不平衡，從而引發(fā)汽輪機(jī)異常故障。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱變形的原因主要包括轉(zhuǎn)子沒有均勻冷卻、中心孔進(jìn)油、氣缸動(dòng)靜摩擦、冷空氣進(jìn)入等。在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后的帶負(fù)荷階段，轉(zhuǎn)子溫度逐步上升，材質(zhì)釋放應(yīng)力而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱變形，使得轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率大幅增加，從而引發(fā)轉(zhuǎn)子變形的問題。

2.3 氣流激振

導(dǎo)致大型汽輪機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)的一個(gè)重要原因就是氣流激振，因?yàn)橄噍^普通汽輪機(jī)來說，大型汽輪機(jī)組的末級(jí)較長(zhǎng)，因此在葉片膨脹末端氣體極易出現(xiàn)流道紊亂的問題，從而導(dǎo)致氣流激振的現(xiàn)象出現(xiàn)，引發(fā)異常振動(dòng)。一旦出現(xiàn)氣流激振故障，要求有關(guān)人員判斷汽輪機(jī)組有無出現(xiàn)大量值的低頻分量，還有運(yùn)行參數(shù)的幅值變化是否出現(xiàn)振幅過大的情況。所以，要想避免因?yàn)闅饬骷ふ穸鴮?dǎo)致大型機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)的情況，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在規(guī)定參數(shù)下運(yùn)行汽輪機(jī)組，避免其長(zhǎng)期運(yùn)行在低壓低溫環(huán)境，而且還需要合理地控制汽輪機(jī)的升負(fù)荷率，避免由于負(fù)荷波動(dòng)過大而導(dǎo)致氣流激振的情況出現(xiàn)。

2.4 油膜震蕩

如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度過快的時(shí)候穩(wěn)定性不足，就會(huì)導(dǎo)致油膜震蕩的情況出現(xiàn)，進(jìn)而引發(fā)汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)。通常是基于軸承油膜上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在運(yùn)行穩(wěn)定的情況下旋轉(zhuǎn)軸線也穩(wěn)定，反之，轉(zhuǎn)軸環(huán)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，軸線也會(huì)出現(xiàn)渦動(dòng)，一旦其速度達(dá)到轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速便會(huì)出現(xiàn)共振，半速渦動(dòng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)變大，使得汽輪機(jī)振動(dòng)異常劇烈。概況來說，油膜震蕩主要有如下幾方面特點(diǎn)：（1）出現(xiàn)油膜震蕩過程中，振幅會(huì)大幅增加，同時(shí)即便轉(zhuǎn)速不斷上升振動(dòng)也不會(huì)降低。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速上升后油膜震蕩的主頻率亦不會(huì)出現(xiàn)改變，同時(shí)幾乎和發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速相同。（3）低頻與工頻分量一同存在于油膜震蕩的振幅當(dāng)中。（4）在出現(xiàn)油膜震蕩過程中頂軸油壓會(huì)產(chǎn)生大幅擺動(dòng)，并且還會(huì)有金屬碰撞的聲音出現(xiàn)。（5）如果油膜振動(dòng)較為激烈還能夠用肉眼發(fā)現(xiàn)主軸外露部位出現(xiàn)顫動(dòng)。

2.5 調(diào)速系統(tǒng)問題

如果電磁閥接通電源后，主汽門并無反應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生異常振動(dòng)現(xiàn)象。歸根結(jié)底是由于主汽門活動(dòng)油路受阻，導(dǎo)致接通電磁閥電源后閥體活塞并無反應(yīng)。此外，DEH控制指令變更，機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)不規(guī)則擺動(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的情況發(fā)生。調(diào)整機(jī)組負(fù)荷到0，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)不能運(yùn)行，將緊急保安器開啟也沒有反應(yīng)，唯有將自動(dòng)主氣閥門關(guān)閉后方可停止。導(dǎo)致該問題出現(xiàn)通常是因?yàn)閴毫ψ儞Q器、油動(dòng)機(jī)活塞被卡導(dǎo)致，部件內(nèi)部的進(jìn)回油孔被許多油泥堵塞，并且調(diào)速系統(tǒng)保護(hù)裝置卡住無法運(yùn)轉(zhuǎn)、系統(tǒng)中高調(diào)門抖動(dòng)，導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致波動(dòng)問題出現(xiàn)。

3 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的維修方法

3.1 對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)故障因子進(jìn)行核查

第一，如果汽輪機(jī)有摩擦振動(dòng)情況出現(xiàn)，這主要是由于溫度過高而導(dǎo)致整體機(jī)組發(fā)生彎曲變形，從而導(dǎo)致機(jī)組的不平衡力變大。所以要求維修工作人員能夠調(diào)節(jié)振動(dòng)信號(hào)工頻為主頻，使其可以將細(xì)小的高頻、分頻以及倍頻分量顯示出來。第二，產(chǎn)生摩擦問題情況下，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組中的相位與幅值出現(xiàn)浮動(dòng)，并且將會(huì)維持一段較長(zhǎng)時(shí)間。如若摩擦情況較為嚴(yán)重，那么會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)明顯增加，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組中的相位與振幅波動(dòng)停止。

3.2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的應(yīng)對(duì)

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的故障在整體汽輪機(jī)組振動(dòng)故障中約占比重80%，導(dǎo)致該問題出現(xiàn)的原因有：自身不平衡，或是部件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)松動(dòng)或脫落。其中自身不平衡主要是因?yàn)榧庸ぶ圃熘写嬖谌毕菀鸬?，或是在?shí)際檢修時(shí)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而引起的。對(duì)于該類問題，要求工作人員在年度大修中要對(duì)其檢修質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。在部件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)可能是連軸器、槽楔、轉(zhuǎn)子線圈、護(hù)環(huán)，出現(xiàn)飛脫可能是拉金、圍帶、葉片和平衡質(zhì)量塊等。這些部件的松動(dòng)或是飛脫均可能致使汽輪機(jī)機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)，所以要求技術(shù)人員在年度大修中務(wù)必要對(duì)機(jī)組振動(dòng)內(nèi)部組件穩(wěn)固情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，一旦出現(xiàn)松動(dòng)或是飛脫等情況，要在第一時(shí)間進(jìn)行處理。

3.3 轉(zhuǎn)子熱變形的應(yīng)對(duì)

如果汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)永久性彎曲的問題，必定會(huì)給企業(yè)帶來巨大的損失。如果有永久性彎曲的現(xiàn)象發(fā)生，工作人員可以采取直接使用直軸的方式進(jìn)行處理。除此之外，在日常運(yùn)行過程中，工作人員還可采取有效的措施防止永久性彎曲的故障出現(xiàn)。在對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行安裝過程中，需要將其熱狀態(tài)下的變化考慮在內(nèi)，對(duì)其動(dòng)靜間隙實(shí)施有效調(diào)整，從而保證其運(yùn)行過程中不會(huì)有動(dòng)靜摩擦的產(chǎn)生。在運(yùn)行過程中，需要確保氣缸的保溫條件良好，保證其在啟動(dòng)和停機(jī)過程中上下部的溫度差異不會(huì)過大。此外，需要確保抽氣、主蒸汽以及再熱蒸汽管道具備較好的疏水體系。如果汽輪機(jī)組停機(jī)后需要將聯(lián)系公用系統(tǒng)的所有水源切斷，避免有水分進(jìn)到氣缸中。在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，要求工作人員能夠密切關(guān)注機(jī)組振動(dòng)情況，做到盡早發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜摩擦。如果汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)速?zèng)]有超過第一臨界數(shù)值的情況下其軸承振動(dòng)達(dá)到0.04mm時(shí)，務(wù)必要打閘停機(jī)，不可擅自將其速度降低或升高。將汽輪機(jī)組啟動(dòng)前，務(wù)必要對(duì)其主軸的晃動(dòng)、沖轉(zhuǎn)參數(shù)以及上下缸的溫差進(jìn)行認(rèn)真檢查，如果機(jī)組沖轉(zhuǎn)條件不允許，那么不得啟動(dòng)。

3.4 汽流激振的應(yīng)對(duì)

每次均要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間來記錄氣流激振故障中的機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)以及機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)，并將其繪制為成組曲線，由工作人員對(duì)其變化以及趨勢(shì)進(jìn)行分析與觀察。將升降負(fù)荷速率進(jìn)行更改，給水量由 5T/h逐步到50T/h的，對(duì)曲線的變動(dòng)情況進(jìn)行觀察。通過轉(zhuǎn)變汽輪機(jī)在不同負(fù)荷情況下高壓調(diào)速氣門重調(diào)的特征來消除氣流激振。簡(jiǎn)而言之，就是先確定汽輪機(jī)組出現(xiàn)氣流激振時(shí)的狀態(tài)，采取繞開出現(xiàn)氣流激振負(fù)荷區(qū)域或是將負(fù)荷變化率減小等方法降低出現(xiàn)氣流激振出現(xiàn)的概率。

3.5 油膜震蕩的應(yīng)對(duì)

通過查閱相關(guān)資料還有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)油膜震蕩過程中可以采取如下幾點(diǎn)應(yīng)對(duì)方法：（1）在規(guī)定數(shù)值內(nèi)將軸瓦比壓提升；（2）盡可能將軸瓦間隙縮小到最小值，這樣一來，就能大幅降低振動(dòng)頻率與強(qiáng)度；（3），需盡量減小軸瓦和軸頸間的接觸角；（4）選用適宜的潤(rùn)滑油，出現(xiàn)油膜震蕩的故障需要選用黏性偏小的潤(rùn)滑油；（5）盡量確保受力均衡可以發(fā)揮起良好的預(yù)防作用。出現(xiàn)油膜震蕩過程中需要采取有效的應(yīng)對(duì)方式，而這大部分情況下都取決于工作人員的專業(yè)技能以及經(jīng)驗(yàn)。

3.6 調(diào)速問題的應(yīng)對(duì)

首先，要求工作人員仔細(xì)觀察高壓主汽門電磁閥運(yùn)行情況是否正常，拆開活動(dòng)電磁閥，將其電源連接觀察電磁閥運(yùn)行有無異常。其次，對(duì)主汽門活動(dòng)排油路與油動(dòng)機(jī)活塞底部高壓油進(jìn)行仔細(xì)檢查觀察其有無受阻，并實(shí)施清潔工作。再者，如若出現(xiàn)活塞以及滑閥受卡而無法取出的情況，則要求安排專門的汽輪機(jī)拆解人員來將其取出，并做好閥門的清理工作，隨后再將其安裝并實(shí)施試驗(yàn)。此外，對(duì)于調(diào)門擺動(dòng)的情況，要求工作人員能夠分解其機(jī)械部分，或是調(diào)試控制部分，觀察波動(dòng)現(xiàn)象有無消除，判斷調(diào)門自身有無存在問題。

4 結(jié)語

在石油化工生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)的原因比較多，在汽輪機(jī)實(shí)際維修過程中，要求技術(shù)人員能夠正確掌握導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因，并采取針對(duì)性的維修方法，以切實(shí)提高汽輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障石油化工生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。