火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行異常振動(dòng)的處理要點(diǎn)研究

宋士國

陜西德源府谷能源有限公司，中國·陜西 榆林 719407

1 引言

在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中振動(dòng)問題是不可避免的，但是如果振動(dòng)幅度超過了正常的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，那么則代表著汽輪機(jī)出現(xiàn)了故障，如果不及時(shí)加以處理則會(huì)帶來較為嚴(yán)重的負(fù)面影響，而構(gòu)成汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因也是相對較多的，例如軸系質(zhì)量失去平衡、動(dòng)靜摩擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng)、電磁力不平衡等相應(yīng)的問題都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)情況的出現(xiàn)，以下也就汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因展開分析，并討論相應(yīng)的解決對策。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因分析

汽輪機(jī)組是火力發(fā)電的重要組成部分，隨著時(shí)間的推移，汽輪機(jī)組的關(guān)鍵部位磨損尤為嚴(yán)重，因此汽輪機(jī)組的故障問題出現(xiàn)的頻率是相對較高的，這對于火電廠發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)起到至關(guān)重要的影響，明確汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的原因，分析汽輪機(jī)組故障問題，并在此基礎(chǔ)上制定完善且科學(xué)的維修保養(yǎng)方案是十分必要的。而在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中出現(xiàn)振動(dòng)異常的影響因素也是相對較多，例如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)等都會(huì)導(dǎo)致火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)情況的出現(xiàn)，明確故障原因和影響因素是解決汽輪機(jī)異常振動(dòng)落實(shí)故障處理的重中之重，一般情況下，在汽輪機(jī)異常振動(dòng)分析的過程當(dāng)中主要考量的問題有中心不正引起的振動(dòng)、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)、汽流激振現(xiàn)象、轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)、摩擦振動(dòng)等等，以下筆者也就這幾種情況進(jìn)行逐一闡述。

2.1 中心不正引起振動(dòng)

因?yàn)橹行牟徽鸬钠啓C(jī)異常振動(dòng)原因也是相對較多的，具體包含三個(gè)大點(diǎn)。首先，在汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)并沒有給予足夠的緩沖時(shí)間，暖機(jī)時(shí)間不夠，這就導(dǎo)致了汽輪機(jī)的負(fù)荷相對較高，因此會(huì)出現(xiàn)氣缸受熱膨脹不均勻或滑銷系統(tǒng)卡澀等相應(yīng)的問題，這就會(huì)讓汽輪機(jī)機(jī)組出現(xiàn)偏移，進(jìn)而出現(xiàn)不正常振動(dòng)問題。其次，在機(jī)組運(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)真空下降問題，這會(huì)導(dǎo)致排氣溫度在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，后軸承也會(huì)向上傾斜，這也會(huì)導(dǎo)致中心不正，進(jìn)而引發(fā)異常振動(dòng)的情況。最后，在機(jī)組維修或安裝的過程當(dāng)中如果安裝并沒有嚴(yán)格按照操作規(guī)范落實(shí)，則會(huì)導(dǎo)致中心確定的準(zhǔn)確性不足，進(jìn)而出現(xiàn)異常振動(dòng)，且隨著時(shí)間的推移這種異常振動(dòng)問題會(huì)越來越明顯。

2.2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起振動(dòng)

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)導(dǎo)致火電廠汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)問題，而構(gòu)成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡的原因主要可以從兩點(diǎn)來展開分析。首先在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中如果出現(xiàn)葉片折斷、掉落、磨損、腐蝕等相應(yīng)的問題時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的情況出現(xiàn)。同時(shí)如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，之所以轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡成為會(huì)引發(fā)異常振動(dòng)的一個(gè)主要原因是受到了離心力的沖擊，當(dāng)離心力呈周期性作用于轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引發(fā)異常振動(dòng)。其次轉(zhuǎn)子如果出現(xiàn)彈性彎曲也會(huì)引發(fā)異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子彈性彎曲可能會(huì)對汽輪機(jī)組其他部件產(chǎn)生磨損，也可能不會(huì)產(chǎn)生摩擦，但是無論是否會(huì)出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象都會(huì)引發(fā)異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子彈性彎曲所引發(fā)的異常振動(dòng)特征是較為明顯的，呈現(xiàn)為軸向振動(dòng)，尤其是在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)這種異常振動(dòng)特征更為明顯。

2.3 汽流激振現(xiàn)象

汽流激振也會(huì)讓火電廠汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)問題，而汽流激振的特征是相對而言較為明顯的，一方面在汽流激振問題出現(xiàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大量值的低頻分量。另一方面，在汽流激振問題出現(xiàn)時(shí)振動(dòng)增大幅度受運(yùn)行參數(shù)影響是較為明顯的，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)急劇增長的情況。而構(gòu)成汽流激振的原因也是相對較多的，具體可以從以下幾點(diǎn)分析：首先，在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程當(dāng)中，葉片如果受到不均衡的沖擊與影響則會(huì)導(dǎo)致汽流激振問題。其次，在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中因?yàn)榇笮蜋C(jī)組的末級相對較長，汽體在葉片膨脹末端很容易會(huì)出現(xiàn)流道混亂的問題進(jìn)而構(gòu)成汽流激振問題。最后軸封也會(huì)從很大程度上帶來汽流激振現(xiàn)象。

2.4 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)

轉(zhuǎn)子熱變形是導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的主要原因之一，轉(zhuǎn)子熱變形與轉(zhuǎn)子的溫度和蒸汽參數(shù)兩者之間聯(lián)系緊密。因?yàn)樵谄啓C(jī)冷卻啟動(dòng)之后汽輪機(jī)本身所帶負(fù)荷是相對較大的，這時(shí)轉(zhuǎn)子自身的溫度也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)不斷升高，受材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力等多方位因素的影響，誘發(fā)轉(zhuǎn)子熱變形。在轉(zhuǎn)子熱變形變化出現(xiàn)的同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)相位變化，進(jìn)而誘發(fā)異常振動(dòng)。在轉(zhuǎn)子熱變形構(gòu)成汽輪機(jī)一層振動(dòng)問題分析的過程當(dāng)中，需要考量轉(zhuǎn)子是永久性彎曲還是臨時(shí)彎曲，其故障所屬類別不同，但是從本質(zhì)上來看故障機(jī)理都是趨近于一致的，即是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量偏心出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)矢量激振力[1]。

2.5 摩擦振動(dòng)

摩擦也會(huì)誘發(fā)汽輪機(jī)異常振動(dòng)情況，而從汽輪機(jī)異常振動(dòng)的角度來分析，摩擦所導(dǎo)致的異常振動(dòng)問題特征是相對而言較為鮮明的。具體包含以下幾點(diǎn)：首先，因?yàn)檗D(zhuǎn)子熱彎曲打破了力的平衡，振動(dòng)信號的主頻會(huì)受到?jīng)_擊和非線性因素的影響，進(jìn)而出現(xiàn)分頻、倍頻、高頻分量。其次，如果摩擦問題出現(xiàn)時(shí)，振動(dòng)的幅值和相位都會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)性特征，且這種特征持續(xù)的周期是相對較長的，如果摩擦較為嚴(yán)重，幅值和相位的波動(dòng)會(huì)逐漸趨于平緩，但是振幅會(huì)急劇增加。最后，降速達(dá)到臨界值時(shí)，振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)測量大軸的晃度比原始值明顯增加。

3 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的解決對策分析

3.1 汽輪機(jī)組汽流激振

汽輪機(jī)組汽流激振故障在處理的過程當(dāng)中主要需要從以下幾點(diǎn)著手展開分析和故障處理：一方面，相關(guān)工作人員需要做好數(shù)據(jù)收集和分析工作，汽輪機(jī)組汽流激振故障在處理之前需要擁有完整的信息和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過長時(shí)間的數(shù)據(jù)勘測結(jié)合雙曲線圖表制作來更好地明確機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)。另一方面，需要調(diào)整升降復(fù)合速率，分析在不同給水量時(shí)數(shù)據(jù)的變動(dòng)，判斷在不同負(fù)荷下汽輪機(jī)氣門的重調(diào)特性，進(jìn)而有效地解決汽流激振問題。具體來講就是相關(guān)工作人員需要通過數(shù)據(jù)分析來明確汽輪機(jī)在汽油機(jī)振背景下的工作狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過調(diào)整負(fù)荷變化率來有效地控制汽流激振的影響，盡可能地降低汽輪機(jī)受汽流激振的沖擊，進(jìn)而有效地處理汽輪機(jī)因?yàn)槠骷ふ駥?dǎo)致的異常振動(dòng)問題[2]。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致異常振動(dòng)

在轉(zhuǎn)子熱變形構(gòu)成的輪機(jī)異常振動(dòng)問題分析和故障處理的過程當(dāng)中，相關(guān)工作人員需要明確轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致異常振動(dòng)與質(zhì)心偏離導(dǎo)致異常振動(dòng)兩者之間的區(qū)別，轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的汽輪機(jī)異常振動(dòng)還需要考量到轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)是否會(huì)讓兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，分析軸向處是否會(huì)出現(xiàn)工頻振動(dòng)。除此之外，相關(guān)工作人員還需要明確的是轉(zhuǎn)子彎曲彈力以及在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的離心力相位兩者之間是否會(huì)出現(xiàn)相互作用進(jìn)而達(dá)到相互抵消的效果。而所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)特征則是轉(zhuǎn)軸振幅會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的凹點(diǎn)，振幅會(huì)在某一個(gè)區(qū)間內(nèi)有所下降，相關(guān)工作人員需要明確彎曲作用是否大于不平衡量，并且明確彎曲作用小于或大于不平衡量時(shí)，振幅減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速的上或下。該種問題的處理手段也是相對而言較為簡單的，相關(guān)工作人員需要在明確故障問題時(shí)及時(shí)地更新轉(zhuǎn)子，即可以達(dá)到較好的處理效果。

3.3 利用傳感器進(jìn)行有效保護(hù)

汽輪機(jī)振動(dòng)問題從本質(zhì)上來看就是汽輪機(jī)故障的一種重要的外在呈現(xiàn)方式，想要保證火電廠汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保火電廠供電的穩(wěn)定性和安全性，相關(guān)單位可以通過傳感器的引用加大監(jiān)測力度，加大監(jiān)測強(qiáng)度，通過信號報(bào)警系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)的建設(shè)與完善，讓汽輪機(jī)可以達(dá)到較好的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)的振動(dòng)超過限額數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)而控制電路，達(dá)到緊急停機(jī)的效果，降低故障帶來的影響與破壞，并且通過信號報(bào)警系統(tǒng)完成信號傳輸，讓相關(guān)工作人員及時(shí)地做出反應(yīng)，對故障和問題做出有效處理。

就現(xiàn)階段來看，電子設(shè)備已經(jīng)逐漸滲透并應(yīng)用于人們生活和工作的各個(gè)角落，為人們帶來了極大的便捷，而電能作為主要的驅(qū)動(dòng)性能源，人們對于電能的需求也是相對較大的，在需求拉動(dòng)的背景下，火力發(fā)電廠的規(guī)模越來越大，機(jī)組容量也在不斷增加，引入傳感器設(shè)備加大監(jiān)控力度和監(jiān)督強(qiáng)度，可以更好地保障汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)故障，進(jìn)而更好地保障供電的穩(wěn)定性。

3.4 落實(shí)監(jiān)測工作

在火力發(fā)電廠中汽輪機(jī)的重要性是毋庸置疑的，同時(shí)，隨著時(shí)間的推移汽輪機(jī)故障問題會(huì)變得越來越多且越來越復(fù)雜，但是這種故障問題并非無法預(yù)測無法發(fā)現(xiàn)的，事實(shí)上每一種故障的出現(xiàn)都有提前的征兆，明確不同故障的征兆，并在此基礎(chǔ)上落實(shí)維修保養(yǎng)工作十分必要。例如，汽輪機(jī)的部件產(chǎn)生損壞時(shí)，汽輪機(jī)就會(huì)出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)聲。例如，軸承出現(xiàn)損壞時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)，同時(shí)油溫升高。針對這一特性，落實(shí)監(jiān)測工作，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過動(dòng)態(tài)管理的方式可以起到一定的幫助和影響，為維修檢測工作和汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供更多的保障。汽輪機(jī)的狀態(tài)檢修以及監(jiān)測力度強(qiáng)化所帶來的影響和效益是不容忽視的，首先，相較于傳統(tǒng)的故障維修和周期性維修來看，狀態(tài)檢修可以從很大程度上降低汽輪機(jī)維修檢測所需要花費(fèi)的成本和耗費(fèi)的精力。其次，相較于周期性維修和故障維修，汽輪機(jī)的狀態(tài)檢修工作落實(shí)以及監(jiān)測力度提升可以更好地保障汽輪機(jī)的使用壽命以及汽輪機(jī)的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。再次，強(qiáng)化監(jiān)測力度提高監(jiān)測時(shí)效性可以更好地保障火電廠發(fā)電的可靠性、穩(wěn)定性，滿足人們的用電需求。最后，實(shí)時(shí)檢測工作的落實(shí)以及檢測工作的優(yōu)化和檢測力度的提升也可以較好地控制檢測成本，同時(shí)降低檢測風(fēng)險(xiǎn)，需要引起關(guān)注和重視[3]。

3.5 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

工作人員始終是工作開展的最終落腳點(diǎn)，工作人員的素養(yǎng)和能力將會(huì)從很大程度上影響工作落實(shí)的效益和質(zhì)量，在火電廠汽輪機(jī)檢修工作落實(shí)的過程當(dāng)中也同樣如此，相關(guān)單位需要引起關(guān)注和重視，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，具體可以從以下幾點(diǎn)著手落實(shí)培訓(xùn)工作打造人才隊(duì)伍[4]。

一方面，相關(guān)單位需要通過定期培訓(xùn)的落實(shí)，讓相關(guān)工作人員更好地明確火電廠輪機(jī)的重要性、火電廠汽輪機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中的常見問題、火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的構(gòu)成要素和相應(yīng)的解決方案，同時(shí)也需要明確最新傳感器和監(jiān)測技術(shù)如何有效地應(yīng)用于工作實(shí)踐當(dāng)中，強(qiáng)化工作人員的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力。另一方面，在培訓(xùn)工作落實(shí)的過程當(dāng)中，相關(guān)企業(yè)需要加強(qiáng)對于相關(guān)工作人員的思想意識引導(dǎo)和價(jià)值觀念塑造，讓相關(guān)工作人員更好地認(rèn)識到工作落實(shí)的重要性與影響，端正相關(guān)工作人員的工作態(tài)度，必要的情況下可以通過責(zé)任機(jī)制和獎(jiǎng)懲機(jī)制的建設(shè)讓相關(guān)工作人員提高關(guān)注和重視，規(guī)范自己的工作行為和工作方法，以此為中心，打造出一批綜合素養(yǎng)過硬且思想作風(fēng)優(yōu)良的人才隊(duì)伍，為火電廠汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和故障處理奠定良好的人才基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié)語

火電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)直接影響火電廠火力發(fā)電的效率和質(zhì)量，而汽輪機(jī)的異常振動(dòng)從某種程度上來看就屬于汽輪機(jī)故障問題的外在呈現(xiàn)，相關(guān)工作人員需要引起關(guān)注和重視，明確汽輪機(jī)異常振動(dòng)構(gòu)成原因，如中心不正、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)等等，在此基礎(chǔ)上對維修方案和管理手段做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并且對規(guī)章制度作出進(jìn)一步的優(yōu)化和完善，保障汽輪機(jī)時(shí)刻處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而保障火電廠火力發(fā)電的綜合效益提高最終的檢修效果，對問題做出有效的處理和解決。