汽輪機運行中的振動問題防治處理分析

夏永高

（上海電建上海電力安裝第二工程公司，上海 200235）

汽輪機的面世無疑給世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了蓬勃動力，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽輪機沿用至今，顯而易見地說明了汽輪機的重要地位，無論是過去還是當(dāng)今時代，汽輪機帶來的動力影響是不容小覷的。所以，即使是汽輪機運行過程中存在的一些微小的問題，在長期積累下也可能造成設(shè)備的重大故障和事故，汽輪機的振動問題作為長期存在的一個不利因素，更應(yīng)該得到重視，避免其持續(xù)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，不利于工業(yè)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。汽輪機的振動問題受到多種多樣的因素關(guān)聯(lián)，并不是一個簡單的處理事項，它是一個動態(tài)的、復(fù)雜的影響，需要具體情況具體分析，本文通過對此問題逐步深入地分析，探求背后的發(fā)生原因，并對癥下藥，來保障汽輪機的運行安全問題，保證汽輪機運行的連貫性，提高汽輪機設(shè)備的工作效率，最終維護(hù)電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性和高效持續(xù)性（圖1 為汽輪機機組配置方式）。

圖1

1 汽輪機振動危害分析

首先，我們要明白汽輪機振動的含義是什么，“振動”在這里指的是物體偏離原有的位置，也就是在運行過程中逐漸“脫軌”，這是汽輪機運行中的正常現(xiàn)象。運行是一個動態(tài)過程，運動位置可以存在些許誤差，運動偏離規(guī)定位置少許是在允許范圍之內(nèi)的。但是，如果振動幅度超過某一安全范圍會造成什么樣的影響呢？就像火車跑軌道摩擦邊軌一樣，偶爾的振動摩擦“無傷大雅”，長此以往，振動會造成部件的磨損耗盡，加速設(shè)備內(nèi)部的損壞，久而久之，就會使得設(shè)備的工作效率大大降低，還會造成設(shè)備的永久報廢，所以振動的危害猶如“水滴石穿”，細(xì)小的誤差偏離是正常情況，可一旦超過某一閾值，則安全性能不能保證，影響到作業(yè)是必然的，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備的停機磨損，直接影響機器設(shè)備的工作效率，從而阻礙整個電力生產(chǎn)的發(fā)展。

產(chǎn)生振動的原因也是多樣的，這些原因會在下文通過具體情況具體分析，正因為振動問題在汽輪機的正常運行過程中，是一件長期存在的不利因素，某種程度來說，也是一個難以避免的問題，機器設(shè)備的運行即使按部就班循規(guī)蹈矩地規(guī)范使用，依然會避免不了發(fā)生意外，所以及時的檢修才是必不可少的。檢修工作要對振動幅度進(jìn)行勘測，安全范圍在0.05mm 之內(nèi)，一旦偏離閾值，則會出現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部零件磨損的情況，設(shè)備零件長期磨損則會出現(xiàn)異常松動，影響工作效率事小，突然停機則會后患無窮。

2 汽輪機振動原因分析

2.1 汽輪機的油膜失穩(wěn)

油膜振動和半速渦動都會引發(fā)汽輪機設(shè)備的振動問題，半速渦動更是其中占比較大的原因。什么是半速渦動呢？當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度跟不上第一臨界轉(zhuǎn)動速度的1/2 時，半速渦動的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，與此同時，這個現(xiàn)象會伴隨著振動問題的存在一直持續(xù)到最高轉(zhuǎn)速。在達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的過程中，存在的振動問題一直關(guān)聯(lián)著設(shè)備的耗損問題，需要在這個過程中及時發(fā)現(xiàn)問題才能減少設(shè)備的摩擦損耗。那么，如何解決這個問題呢？要想找到解決方法，必然是要弄明白油膜失穩(wěn)發(fā)生的主要原因是什么，從而確定其影響因素，才能找到解決問題的切入點。我們以這個半速渦動的過程為切入點會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度改變的情況下，渦動的頻率也會隨之而變，這個特點可以作為判斷半速渦動的關(guān)鍵因素。通過鑒別出來半速渦動的情況，避免汽輪振動現(xiàn)象的發(fā)生，從而降低振動問題帶來的危害性，油膜失穩(wěn)看似復(fù)雜，實際解決方法并不困難，關(guān)聯(lián)因素越多，解決的可能性也越大。

2.2 汽輪機的受熱膨脹不均勻

眾所周知，汽輪機的運行需要熱動力的推動，加熱過程中氣缸會受到熱源的影響膨脹，膨脹的結(jié)果勢必使得其他內(nèi)部零件受到影響，或者氣缸受熱不均勻，都會造成不利的后果。這樣的現(xiàn)象使得汽輪機設(shè)備轉(zhuǎn)子中心存在偏差，就是熱量使得某些物體零件發(fā)生了形變，這樣造成的結(jié)果就是軸承的位置標(biāo)高發(fā)生了改變，汽輪機的運行過程中某些部件發(fā)生了改變，那么運行過程中位置就有所偏差，最終產(chǎn)生了振動問題，受熱形變造成的誤差在很多設(shè)備中都是一個長期存在的不利因素，因為形變會使得設(shè)備內(nèi)部的零件發(fā)生位置錯亂，在運行震動過程中，不僅會產(chǎn)生正常運動以外的摩擦，而且還會造成零件的磨損，從而導(dǎo)致了設(shè)備變得不是那么精確，設(shè)備精密程度一旦打了折扣，設(shè)備的保質(zhì)期大大縮短是一方面，另一方面，設(shè)備工作效率勢必也會跟著受到影響，電力生產(chǎn)效率也會大打折扣。

2.3 動靜摩擦

動靜摩擦比較容易理解也更加常見，當(dāng)汽輪機內(nèi)部零件運行時，零件的運動、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動等等運行狀態(tài)，位置會發(fā)生一定的偏移，這是機器設(shè)備運行一段時間后的必然狀態(tài)。動靜是相互的，運行一段時間后，運行軌跡發(fā)生偏移，動靜間隙逐漸縮小，動靜軌道逐漸靠近，振動問題因此出現(xiàn)，發(fā)生不可避免的摩擦問題。零件之間由于長期運行出現(xiàn)了軌道的相互靠攏、相互磨損，長此下去，各個零件相互碰撞的情況頻頻發(fā)生，汽輪機設(shè)備劇烈震動，甚至出現(xiàn)了軸承的變形。內(nèi)部零件一旦變形，一些問題就更加容易出現(xiàn)，一些故障也更加難以解決，更有甚者，造成汽輪機自身的停機。因為零件變形是長期存在且不可逆的，大型儀器設(shè)備的內(nèi)部零件變形往往難以更換，更有甚者是專一配套存在的零件，無法替換，那么造成的結(jié)果就是，設(shè)備要么將就著變形的零件使用，要么進(jìn)行維修或者停止使用。當(dāng)汽輪機無法確定內(nèi)部零件是否變形磨損時，如果汽輪機在未知情況下突然停機，安全隱患是不可估量的，存在的安全隱患無法估計其危險程度，往往會引發(fā)更大的安全事故，將會帶來深重的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 氣流震蕩

氣流震蕩這一現(xiàn)象也發(fā)生在通常情況下，氣流震蕩的原因比較復(fù)雜。一般而言，當(dāng)增大跨距時，臨界轉(zhuǎn)速會降低，所以通常會采用這種手段來降低臨界轉(zhuǎn)速。然而，另一方面，當(dāng)隨著汽輪機的轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的差距逐漸拉大，就會出現(xiàn)汽輪機軸系統(tǒng)的不穩(wěn)定。不穩(wěn)定因素一旦確立，間隙就會持續(xù)拉大，渦動現(xiàn)象頻發(fā)，各種零件之間的磨損逐步深入，在這個過程中，會增大各種切向力，損耗摩擦進(jìn)一步嚴(yán)重，更嚴(yán)重的振動問題應(yīng)運而生，這就是氣流震蕩導(dǎo)致的振動問題。由于這一現(xiàn)象也發(fā)生在通常情況下，很多時候需要及時檢測及時勘察，避免振動問題帶來的進(jìn)一步損耗，不能因為處于通常情況下就把其當(dāng)作可以容忍的一般情況，越是微小的毛病，日積月累就會使得工程潰于蟻穴，所以振動問題需要時刻警惕，嚴(yán)查背后的原因并對癥下藥，避免更大的隱患。

3 汽輪機振動問題防治處理

3.1 汽輪機振動監(jiān)測系統(tǒng)

從前文可知，很多振動問題背后隱藏的原因都是一般情況下常見的原因，一個日常存在的原因并不像突如其來的異常那么惹人注意，那么時時刻刻的監(jiān)測就顯得尤為必要。為了對汽輪機的運行狀態(tài)實時監(jiān)控，建立完善一個汽輪機振動監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。汽輪機振動監(jiān)測系統(tǒng)融入了先進(jìn)的計算機技術(shù)，計算機技術(shù)使得監(jiān)測系統(tǒng)對汽輪機的振動信號反應(yīng)更加靈敏，各種信號在運行過程中都會被強大的計算機技術(shù)采集匯總，采集的信號將會進(jìn)入一個特定的文件中去，這樣既方便匯總也方便信號整理選擇，計算機通過對不同信號的檢測找出異常的振動信號，與此同時，計算機還能夠依據(jù)不同故障的特點對信號進(jìn)行診斷處理，實現(xiàn)智能化的監(jiān)測工作。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到故障信號，就會發(fā)出特定的指令來確定出是設(shè)備的哪個具體位置、哪一時間段發(fā)出的信號，從而方便了后續(xù)的檢查維修工作，給后續(xù)確定故障信號、對癥下藥帶來了極大的便利性，這就是監(jiān)測系統(tǒng)存在的附加意義。計算機的使用使得信號處理智能快捷，合理使用計算機技術(shù)是電力發(fā)展的進(jìn)步階梯。

3.2 油膜失穩(wěn)防護(hù)

在進(jìn)行汽輪機設(shè)備設(shè)計時，就應(yīng)該提高軸系的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的阻尼，當(dāng)處于汽輪機本身的制造工藝足夠優(yōu)秀的情況下，汽輪機本身則不會容易發(fā)生油膜失穩(wěn)等常見的故障問題。汽輪機的油膜失穩(wěn)問題是日常運行工作中的常見問題，日常的維修防護(hù)工作也是必不可少的，具體的操作要從影響油膜失穩(wěn)的種種因素為切入點，做到防護(hù)工作考慮周全、面面俱到。比如，在維修工作中，可以從降低潤滑油的黏連效果入手，但是這樣做另一方面又會對油膜的厚度產(chǎn)生不利影響，很可能導(dǎo)致油質(zhì)老化現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以維修工作并不是一蹴而就簡單進(jìn)行的，要考慮多方面的因素，不能顧頭不顧尾，只考慮解決當(dāng)下的油膜失穩(wěn)問題，還要考慮是否對其他方面造成更壞的影響。

3.3 氣流震蕩防治

從前文得知，氣流震蕩作為日常運行過程中普遍存在的一個不利因素，往往是造成汽輪機設(shè)備振動問題的重頭原因。氣流震蕩的原因比較復(fù)雜，氣流震蕩問題的防治也不簡單。這種日常存在的不利因素往往是根深蒂固的，如果要防治僅僅通過簡單的檢測工作、維修工作進(jìn)行“預(yù)防”還不夠，更重要的是要引進(jìn)新技術(shù)新手段對其進(jìn)行“治理”。舉個簡單的例子，氣流震蕩過程中會出現(xiàn)渦動的不利現(xiàn)象，是汽輪機振動問題的主要影響因素，那么就可以引進(jìn)借助反旋渦技術(shù)手段對其進(jìn)行干擾。短期內(nèi)，通過更高的技術(shù)手段來解決設(shè)備的基礎(chǔ)問題，那么就需要借助其他手段來“治標(biāo)不治本”，一個小小的反干擾手段也可以避免更深一步的嚴(yán)重問題發(fā)生。這些手段的目的都是為了使得氣流震蕩的危害影響縮減到最小，保證轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定能夠適應(yīng)汽輪機更高強度的工作。

3.4 其他問題的防治

其他問題包括前文提到的氣缸受熱不均勻以及膨脹問題和汽輪機振動摩擦引起的一系列問題，這些問題雖不是重點影響因素，但也需要我們格外重視。汽輪機的穩(wěn)定性需要多個零件協(xié)同工作，不放過任何一個微小因素，從小處危害入手，才能成就整體的穩(wěn)定運行。

受熱不均勻的根本原因是受熱與加熱期間的阻礙引起的，因此汽輪機在使用前的檢查工作必不可少，檢查汽輪機的各個部件是否完好，運行過程中是否有可能存在的阻礙因素，運行前要對汽輪機的管道進(jìn)行全面檢查，最好使用清水及時進(jìn)行沖洗疏通。如果后續(xù)使用過程中仍然出現(xiàn)受力不穩(wěn)的情況，不能對此視而不見，更不能對這類常見問題手足無措，這類問題的出現(xiàn)并不復(fù)雜，往往需要一些微小簡單舉措就可以產(chǎn)生意想不到的效果。比如，可以適當(dāng)調(diào)整汽輪機的運行參數(shù)，或者避免使用汽輪機過于頻繁，這是不需要花費過多心思的手段，也不需要新的技術(shù)支撐，通過這樣的手段來盡力減少不利影響。

對汽輪機的動靜摩擦因素處理也是這樣，工作過程中要時刻注意不合理的情況出現(xiàn)，注意及時調(diào)整參數(shù)來改變不合理的情況，因為動靜摩擦這一情況的出現(xiàn)，大部分是源于參數(shù)不合理，所以調(diào)整參數(shù)是這一問題的基本解決方法。除此以外，降低其工作效率，及時對出現(xiàn)毛病的零件進(jìn)行調(diào)換等，都可以避免汽輪機動靜摩擦的問題出現(xiàn)，摩擦問題也可以從減少摩擦的切入點入手，例如，涂抹潤滑油等，都不失為一種好辦法。

4 結(jié)語

綜上所述，可以看出來汽輪機的平穩(wěn)運行與多個因素息息相關(guān)，關(guān)注汽輪機的運行并不是一件可以一蹴而就的工作，相反，它需要時刻檢測不利因素，避免出現(xiàn)更進(jìn)一步的危害影響，汽輪機的振動問題得到重視和解決，才能保證汽輪機的工作效率高和汽輪機的運行持續(xù)且穩(wěn)定，這才是電力工作生產(chǎn)的關(guān)鍵，保證電量的穩(wěn)定供應(yīng)，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。