汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動問題防治處理

苗 程

（華電龍口發(fā)電有限公司，山東 龍口 265700）

引言

汽輪機(jī)設(shè)備的異常振動嚴(yán)重影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)振動過高而停機(jī)的現(xiàn)象，造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。汽輪機(jī)的振動問題受到很多因素的影響，通過深入分析汽輪機(jī)振動問題并進(jìn)行防治處理，可有效提高汽輪機(jī)運(yùn)行效率，保障電力穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

1 汽輪機(jī)振動危害分析

振動即指物體偏離原有位置，通過能量轉(zhuǎn)換使其產(chǎn)生了一定的位移，一般情況下的振動并不會損害到汽輪機(jī)設(shè)備，不會影響到汽輪機(jī)的正常工作，但振動幅度超過某一范圍時，就會影響到汽輪機(jī)設(shè)備的作業(yè)效率甚至造成停機(jī)磨損。產(chǎn)生振動的原因是多樣的，在進(jìn)行檢修維護(hù)工作時要對汽輪機(jī)的振動幅度進(jìn)行監(jiān)測，控制在0.05 mm之內(nèi)則可滿足要求，否則會出現(xiàn)軸中心位置變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路出現(xiàn)堵塞或軸承磨損等汽輪機(jī)的異常振動情況，很容易產(chǎn)生汽輪機(jī)設(shè)備零件松動，造成內(nèi)部摩擦磨損，從而縮短汽輪機(jī)設(shè)備的使用壽命[1]。

2 汽輪機(jī)振動原因分析

引起汽輪機(jī)設(shè)別振動的原因主要包括油膜失穩(wěn)、受熱膨脹不均勻、動靜摩擦以及氣流震蕩等。

1）油膜失穩(wěn)。油膜振動和半速渦動會引發(fā)汽輪機(jī)設(shè)備的振動現(xiàn)象，尤其是當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不足第一臨界轉(zhuǎn)速的一半時就會出現(xiàn)半速渦動現(xiàn)象，而且伴隨著振動會一直持續(xù)到最高轉(zhuǎn)速。因此在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷變化的過程中，這個渦動的頻率也會隨之變化，可以根據(jù)這一點(diǎn)對半速渦動現(xiàn)象進(jìn)行判斷，避免汽輪機(jī)振動現(xiàn)象發(fā)生[2]。

2）受熱膨脹不均勻。引起這種現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)闅飧着蛎浭茏杌蚣訜岵痪鶆蛟斐傻?，使得汽輪機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)子中心出現(xiàn)偏差，軸承位置標(biāo)高出現(xiàn)變化，產(chǎn)生了機(jī)械振動。

3）動靜摩擦。汽輪機(jī)在持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，隨著動靜間隙的不斷減少，各零件之間的碰撞情況也就更容易產(chǎn)生，也就極易引起汽輪機(jī)設(shè)備的劇烈振動，甚至出現(xiàn)軸承的變形破壞掉整個軸承結(jié)構(gòu)，造成汽輪機(jī)設(shè)備停機(jī)，引發(fā)更大的安全事故及經(jīng)濟(jì)損失。

4）氣流震蕩。為提高汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率，通常會通過增大跨距來降低臨界轉(zhuǎn)速，而汽輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的差距增大時，汽輪機(jī)軸系統(tǒng)便會變得不穩(wěn)定。在通流部分徑向間隙出現(xiàn)轉(zhuǎn)子彎曲，兩側(cè)間隙不同，軸徑受到的切向力變大，從而使軸出現(xiàn)正向渦動現(xiàn)象。葉輪流通部的相互作用也會使得葉輪圍帶與汽輪機(jī)殼之間的間隙變大，導(dǎo)致輪帶失穩(wěn)磨損，進(jìn)一步增大間隙以及切向力，也就產(chǎn)生了更大的振動。

3 汽輪機(jī)振動問題防治處理

3.1 汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)

為了對汽輪機(jī)的振動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測檢修，必須建立完善的汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)是一種計算機(jī)處理技術(shù)，通過數(shù)學(xué)模型對人腦神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，來模仿人對信息的處理過程。工作人員在汽輪機(jī)機(jī)頭部分以及易發(fā)生振動部分布設(shè)傳感器等采集裝置以及機(jī)械箱對振動信號進(jìn)行采集，采集到的信號將存儲于特定文件中，并將采集到的信號進(jìn)行處理后依據(jù)故障特征進(jìn)行振動原因診斷處理，從而對汽輪機(jī)出現(xiàn)振動的原因進(jìn)行分析，進(jìn)行后續(xù)檢修工作[3]。

3.2 油膜失穩(wěn)防護(hù)

在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)備設(shè)計時就應(yīng)適當(dāng)提高軸系穩(wěn)定性以及系統(tǒng)阻尼，同時通過加強(qiáng)汽輪機(jī)的制造工藝技術(shù)來提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。汽輪機(jī)油膜失穩(wěn)防護(hù)主要是通過加強(qiáng)對汽輪機(jī)設(shè)備的日常檢修維護(hù)工作來實(shí)現(xiàn)，具體操作可以增大對比壓以及負(fù)載，降低軸承寬度等。同時在提升汽輪機(jī)油溫問題時可適當(dāng)增大承載系數(shù)，降低潤滑油的粘連效果，但這種方式會影響到油膜的厚度，造成油質(zhì)老化等問題。

3.3 氣流震蕩防治

氣流震蕩問題是造成汽輪機(jī)設(shè)備振動的主要原因，因此為避免氣流震蕩帶來的影響，在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)備制造過程中就應(yīng)通過反旋渦技術(shù)手段來對流體的軸向運(yùn)行過程進(jìn)行干擾，達(dá)到提升流體失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速的效果。同時還可以通過對軸承外形進(jìn)行重新設(shè)計來干擾汽輪機(jī)軸向旋流，降低切向力保證轉(zhuǎn)子在更高速度下保持穩(wěn)定，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。

3.4 其他問題的防治

對汽輪機(jī)設(shè)備的受熱膨脹不均勻問題造成的振動進(jìn)行處理，由于加熱不均勻的原因主要是因?yàn)槭軣崤c加熱期間的阻礙引起的，因此在使用汽輪機(jī)設(shè)備時就要做好預(yù)先檢驗(yàn)工作，對汽輪機(jī)管道進(jìn)行疏水清洗工作。當(dāng)遇到金屬氣缸與再熱壓力間出現(xiàn)受力不穩(wěn)問題時，應(yīng)對故障原因進(jìn)行檢測，通過調(diào)整參數(shù)或間歇使用汽輪機(jī)設(shè)備來排除運(yùn)行故障，同時應(yīng)對汽輪機(jī)各零件的變形情況進(jìn)行檢測，以便做到故障零件的及時更替以及對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整。

對汽輪機(jī)動靜摩擦引起的振動效果進(jìn)行處理，主要是對汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，一般汽輪機(jī)設(shè)備動靜摩擦的產(chǎn)生都是在參數(shù)設(shè)置不合理情況下產(chǎn)生的。通過降低汽輪機(jī)的運(yùn)行效率或?qū)α悴考募皶r更換調(diào)整，來避免出現(xiàn)動靜摩擦現(xiàn)象，還可以通過涂油脂等手段來增加零件間的潤滑效果。

4 汽輪機(jī)振動防治案例分析

4.1 實(shí)際振動問題

汽輪機(jī)軸系瓦位位置如圖1所示，在沖轉(zhuǎn)時操作人員控制四個開度高調(diào)閥噴嘴同步進(jìn)汽，在中壓缸的下半左右側(cè)接入了兩個中壓聯(lián)合氣閥，聯(lián)合氣閥的流量調(diào)節(jié)至30%以下時，再熱器基本可以保持壓力不變，而當(dāng)流量調(diào)節(jié)至30%以上時，需下達(dá)全開指令，利用高壓閥調(diào)節(jié)負(fù)荷。此時汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了異常軸振現(xiàn)象，然后發(fā)生了跳機(jī)現(xiàn)象，通過初步檢測發(fā)現(xiàn)軸系各處的軸振現(xiàn)象明顯變多，而且中高壓缸處的最大振幅超過了290μm。同時，軸振的不斷增加也導(dǎo)致瓦振頻率同步增大，而且振動頻率與軸振基本相同。

圖1 機(jī)組軸系高壓布置示意圖

4.2 振動原因及處理方案

1）依據(jù)故障數(shù)據(jù)分析。汽輪機(jī)設(shè)備發(fā)生軸振的原因很多，而且大都相互影響，因此必須對軸振發(fā)生的各原因進(jìn)行分析并進(jìn)行針對性處理。在汽輪機(jī)初始啟動沖轉(zhuǎn)時，高壓缸軸承基本未發(fā)生改變，此時的軸系基本處于平衡狀態(tài)，軸承保持良好的支承剛度。故障發(fā)生前，機(jī)組軸系與配汽均運(yùn)行良好。因此，維修人員應(yīng)找出非軸系引發(fā)故障的控制因素，通過檢測發(fā)現(xiàn)，圖1位置中3號瓦振運(yùn)行期間為出現(xiàn)異常，因此故障位置出現(xiàn)在1號以及2號之間。

2）軸振故障原因分析。由于在高頻運(yùn)行下的故障與碰撞故障類似，在軸系出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)速基本處于臨界狀態(tài)，軸系極易受到外界干擾，此時出現(xiàn)的軸振也較為劇烈，這種現(xiàn)象在各大電廠中出現(xiàn)的頻率也較高，嚴(yán)重影響到了汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

3）軸振處理方案。上述分析可以看出，動靜葉片以及軸瓦碰撞是軸系發(fā)生異常的主要影響因素，在沒有進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電前，機(jī)組沖轉(zhuǎn)起機(jī)造成了氣缸膨脹堵塞，而且汽輪機(jī)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的相互耦合使得振動頻率增幅明顯，極易出現(xiàn)跳機(jī)現(xiàn)象，從而造成機(jī)組的劇烈磨損，具體如圖2所示?？梢钥闯?，1號和2號發(fā)生軸振而且運(yùn)行過程也很不穩(wěn)定，汽輪機(jī)機(jī)組在快速增加負(fù)荷階段對第三閥進(jìn)行了負(fù)荷調(diào)節(jié)，負(fù)荷頻率的突變也增大了轉(zhuǎn)子徑向位移，也就導(dǎo)致了磨損現(xiàn)象的發(fā)生。因此汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象也就較為嚴(yán)重，此時通過電渦流傳感器對動靜部位的碰撞效果進(jìn)行檢測并進(jìn)行定位。同時通過機(jī)械測振表對故障信號進(jìn)行定位檢測，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子受熱不均勻造成了轉(zhuǎn)子的熱彎曲現(xiàn)象，轉(zhuǎn)軸也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的磨損。通過更換零件并涂抹油脂潤滑，同時減緩汽輪機(jī)運(yùn)行效率，動靜摩擦現(xiàn)象得到有效緩解，汽輪機(jī)運(yùn)行也更為平穩(wěn)。

圖2 并行后軸振動變化情況

5 結(jié)語

汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行是電力工作穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，通過對振動問題進(jìn)行分析并提出具體防治舉措，才能保證汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，保證電量的穩(wěn)定供應(yīng)，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。