大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動大的原因分析及處理

汪棟金

（華電新疆發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠，新疆 烏魯木齊 830000）

大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動大的原因分析及處理

汪棟金

（華電新疆發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠，新疆 烏魯木齊 830000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，同時也是順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求，火電廠的規(guī)模和裝機(jī)容量也在逐漸擴(kuò)大。汽輪機(jī)作為大型火電廠的重要組成部分，得到了廣泛關(guān)注。一方面，汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)能夠使電力得到有效的規(guī)劃。另一方面，隨著裝機(jī)容量的增大，汽輪機(jī)軸承仍然存在著振動較大的情況，需要技術(shù)人員去解決。因此文章針對大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動大的原因，提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。

大型火電廠；汽輪機(jī)；軸承振動

汽輪機(jī)組是發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵部位。在長時間、連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，會出現(xiàn)因軸承振動性較大而引發(fā)的故障問題。為了使火電廠進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行水平，技術(shù)人員應(yīng)該從問題的根源出發(fā)，分析影響汽輪機(jī)軸承振動的各種因素，采取有針對性的技術(shù)措施，實現(xiàn)科學(xué)性處理。保障汽輪機(jī)組的安全連續(xù)運(yùn)行。

1 大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動大的產(chǎn)生原因

1.1 汽流激振現(xiàn)象的出現(xiàn)使得振動幅度加大

在大型火電廠的軸承轉(zhuǎn)動之中，經(jīng)常發(fā)生氣流激振。出現(xiàn)振動幅度較大的原因主要有兩點：

（1）汽輪機(jī)通過葉輪及安裝在葉輪的上的葉片將蒸汽的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為動能，蒸汽不斷對葉片進(jìn)行沖擊。由于葉片所占據(jù)的面積比較大，末級葉片較長。當(dāng)氣流到達(dá)汽輪機(jī)尾端時，會出現(xiàn)運(yùn)行不規(guī)則且混亂的情況。同時，葉片也具有一定的膨脹和收縮性，會在連續(xù)性振動的情況下不斷變化，使汽輪機(jī)的流經(jīng)通道受到影響，從而產(chǎn)生激振。

（2）氣流激振與傳統(tǒng)的振動方式不同，它主要表現(xiàn)為頻率的不穩(wěn)定性。氣流激振的頻率分化非常嚴(yán)重，如果汽輪機(jī)處于低頻，其中的分量數(shù)值增加，使得氣流所產(chǎn)生的差值較大，運(yùn)行參數(shù)也會持續(xù)增長，出現(xiàn)軸承振動性大的現(xiàn)象。

1.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致機(jī)組異常振動

隨著裝機(jī)容量的增大，轉(zhuǎn)子長度的增加，轉(zhuǎn)子熱變形也會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)異常振動的情況。首先，從轉(zhuǎn)子熱變形的機(jī)組振動特征來講，振動的幅度與機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)行時間的長短有關(guān)。機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)行的時間越長，說明產(chǎn)生的熱量就越高，溫度也會隨之增加。轉(zhuǎn)子的運(yùn)動并不是無規(guī)則的，它也具有一定的承受標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)超過現(xiàn)有的負(fù)載量后，汽輪機(jī)組的冷卻狀態(tài)會受到影響，轉(zhuǎn)子本身的金屬特性也會發(fā)生改變。特別是機(jī)組啟動至定速時間時，大部分汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子都會發(fā)生熱變形情況。其次，轉(zhuǎn)子在不斷受熱的基礎(chǔ)上會出現(xiàn)彎曲變形等現(xiàn)象，它會以“凹凸不平”的形式呈現(xiàn)出來，機(jī)組在運(yùn)作的渠道中受阻，從而出現(xiàn)異常振動情況。另外，不同材質(zhì)的轉(zhuǎn)子所承受的內(nèi)應(yīng)力不同，所釋放的熱量也不盡相同。轉(zhuǎn)子受熱使會使得振動的倍數(shù)逐漸增加，根據(jù)熱量的散發(fā)頻率出現(xiàn)相位波動，轉(zhuǎn)子的異常振動就越加明顯。

1.3 摩擦振動導(dǎo)致振動加劇

摩擦振動導(dǎo)致的振動加劇主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）受轉(zhuǎn)子的影響，在機(jī)組運(yùn)動過程中相關(guān)工件的溫度也會升高，使得機(jī)組內(nèi)部與外部出現(xiàn)一定的氣壓差。當(dāng)氣壓差發(fā)生變化時，振動的信號就會有所不同。主工頻受到線性沖擊的影響，新的不平衡力產(chǎn)生并占據(jù)主導(dǎo)位置，從而出現(xiàn)振動加劇的情況。

（2）在轉(zhuǎn)子與軸承進(jìn)行摩擦?xí)r，火電機(jī)組會將同一區(qū)間的波形進(jìn)行分化，分化的數(shù)量相對較大，波形會出現(xiàn)“削頂”的情況，以使得振動加劇。

（3）當(dāng)汽輪機(jī)在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下出現(xiàn)突然停止的情況時，會引發(fā)相位變動，出現(xiàn)軸承臨界值降速，原始溫度減小的現(xiàn)象。從這個角度來看，突然升高或降低的溫度必定會引起汽輪機(jī)的抖動，從而產(chǎn)生摩擦，使振動加劇。

1.4 運(yùn)行中軸封供汽壓力的影響

軸封是汽輪機(jī)組中最重要的部件之一，它的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及形狀都會引起軸承的振動。在材質(zhì)的構(gòu)造上，它一般利用高壓封片來進(jìn)行安裝。在機(jī)組運(yùn)行的過程中，溫度升高是不可避免的。高壓封片相當(dāng)于一個硬性的組件，它的外部結(jié)構(gòu)非常脆弱，利用不得當(dāng)則會出現(xiàn)軟化等情況。一旦軸封受熱變形，機(jī)組軸封供汽壓力就隨之變化，引起封片的倒伏，高壓端蒸汽漏出，低壓端空氣漏入。軸封壓力隨著負(fù)荷在高低起伏間不斷變化，特別是低壓缸軸封供汽壓力和內(nèi)部蒸汽二者的壓力差使得振動加劇。

1.5 潤滑油中帶水，潤滑油溫度高等造成油質(zhì)惡化

潤滑油中帶水主要由蒸汽的混入造成。潤滑油溫度高主要是冷油器效果不好造成，汽輪機(jī)組在轉(zhuǎn)動過程中會出現(xiàn)因軸封不嚴(yán)而發(fā)生的漏汽現(xiàn)象。這種漏汽現(xiàn)象不僅體現(xiàn)在軸封上，還可能是因機(jī)組的構(gòu)造所導(dǎo)致的。冷油器的材質(zhì)，安裝方式以及運(yùn)行人員的操作精度都會對潤滑油的冷卻效果產(chǎn)生影響。以上原因會造成潤滑油質(zhì)惡化等不良影響，從而導(dǎo)致軸承損壞，引發(fā)機(jī)組軸承振動。

1.6 運(yùn)行人員不良操作習(xí)慣和誤操作

運(yùn)行人員的不良操作也是軸承振動的主要原因之一。有些火電廠的運(yùn)行人員認(rèn)為自己的經(jīng)驗豐富，不需要檢查也可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。所以，在執(zhí)行的過程中，他們并沒有按照一定的步驟進(jìn)行一一對應(yīng)，甚至由于誤操作使得潤滑油出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象。潤滑油一旦中斷，軸承就沒有了動力支撐，使得汽輪機(jī)的動靜部分摩擦加劇，出現(xiàn)振動現(xiàn)象。

2 大型火電廠汽輪機(jī)軸承振動大的處理方法

2.1 仔細(xì)檢查排除汽流激振現(xiàn)象

仔細(xì)排查氣流激振現(xiàn)象非常必要。主要內(nèi)容有：

（1）運(yùn)行人員進(jìn)行定期檢查，根據(jù)汽輪機(jī)的特點進(jìn)行氣流激振的信息記錄。

（2）分析故障。檢查人員應(yīng)該以“月”或者“年”為標(biāo)準(zhǔn)，將每一次振動所出現(xiàn)的時間以及相關(guān)數(shù)據(jù)對應(yīng)。并根據(jù)機(jī)組軸承振動中的最大值與最小值的比較，繪制出相應(yīng)的曲線。

（3）曲線的分析工作。曲線的走勢與變化幅度都代表著汽輪機(jī)在負(fù)荷臨界點的速率變化。檢查人員應(yīng)該采用逐一排除的方式，根據(jù)蒸汽流量的不同進(jìn)行氣汽壓的調(diào)整，最終達(dá)到氣流激振排除的目的。

2.2 控制轉(zhuǎn)子溫度，避免因受熱不均產(chǎn)生熱變形

控制轉(zhuǎn)子溫度的措施主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）工作人員要進(jìn)行轉(zhuǎn)子的狀態(tài)性檢查，以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的均和性為主，將旋轉(zhuǎn)的重心進(jìn)行重新調(diào)整。如果重心以規(guī)范化布局的形式呈現(xiàn)在機(jī)組內(nèi)部，那么則會使軸承的工頻減弱，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫度控制的目標(biāo)。

（2）運(yùn)行人員定期監(jiān)視轉(zhuǎn)子的溫度及偏心，合理安排機(jī)組檢修時間，將偏心大的轉(zhuǎn)子進(jìn)行直軸，消除彎曲情況，避免轉(zhuǎn)子熱彎曲的發(fā)生。

（3）加強(qiáng)機(jī)組的開停機(jī)管理，使轉(zhuǎn)子受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子熱彎曲。通過以上措施從而減少動靜摩擦，防止振動產(chǎn)生。

2.3 掌握摩擦振動原理，減輕摩擦振動現(xiàn)象

首先，工作人員應(yīng)該從摩擦的基本原理出發(fā)，研究振動現(xiàn)象。摩擦振動主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)子上。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱彎曲的現(xiàn)象時，汽輪機(jī)會出現(xiàn)運(yùn)動不規(guī)則、劇烈抖動等情況。由于轉(zhuǎn)子的受力面積不同，所以摩擦力的大小也不盡相同。如果摩擦力相對較大，轉(zhuǎn)子在不斷運(yùn)行下的溫度也會隨著升高，兩個截面中的運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡加劇。轉(zhuǎn)子的某一局部會出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，從而造成轉(zhuǎn)子彎曲，振動增加。所以，工作人員應(yīng)該從摩擦的原理出發(fā)，檢查與核實問題。主要有：

（1）記錄振動的穩(wěn)定性，及時檢查轉(zhuǎn)子質(zhì)量。檢查人員要調(diào)整機(jī)組運(yùn)行中的溫度與頻率，將相鄰兩軸承之間的位置進(jìn)行有效的調(diào)整。按照汽輪機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速以及運(yùn)轉(zhuǎn)時間進(jìn)行逐一統(tǒng)計，在運(yùn)動規(guī)則性得以體現(xiàn)。

（2）調(diào)整兩個截面的位置，實現(xiàn)受力的均勻性與平衡性，減少摩擦過程中的熱量。

2.4 做好振動監(jiān)測工作，完善軸系監(jiān)控保護(hù)裝置

做好振動監(jiān)測工作，完善軸系監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)主要表現(xiàn)在機(jī)組軸承等材料的選擇上。

（1）應(yīng)該將軸承的類型進(jìn)行統(tǒng)一，以方便軸系監(jiān)控設(shè)置的安裝。

（2）在操作過程中，技術(shù)人員應(yīng)該進(jìn)行反復(fù)的實驗調(diào)整，在嚴(yán)格執(zhí)行工藝方法的基礎(chǔ)上確保軸承選用及安裝的合理化。

（3）軸系控制裝置能夠?qū)S承的運(yùn)作進(jìn)行自動感應(yīng)，其中包括汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、運(yùn)轉(zhuǎn)時間、摩擦力大小等等。振動監(jiān)測系統(tǒng)可以在一段時間內(nèi)將軸封內(nèi)的氣壓顯示出來，并且對溫度與氣壓之間的關(guān)系進(jìn)行分析，如果出現(xiàn)高溫或者是高壓等情況，系統(tǒng)會進(jìn)入預(yù)警準(zhǔn)備工作，從而完善監(jiān)控裝置，為技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)整提供依據(jù)。

2.5 完善軸封自動裝置，加強(qiáng)運(yùn)行中軸封監(jiān)視及調(diào)整

完善軸封自動裝置，以軸封間隙的范圍為基準(zhǔn)，實現(xiàn)間隔的連續(xù)性調(diào)整。通過不斷的實驗來調(diào)整軸封的距離，利用壓力差法的方式調(diào)節(jié)壓力差。采取有效的過濾設(shè)備，防止軸封帶水，將冷凝水與蒸汽分割，從而達(dá)到軸封的正常壓力及蒸汽品質(zhì)，利用自動裝置加強(qiáng)機(jī)組軸封管理。提供機(jī)組各工況下的軸封供汽，避免因軸封壓力不當(dāng)，造成機(jī)組振動。

2.6 完善潤滑油系統(tǒng)保護(hù)，加強(qiáng)油質(zhì)監(jiān)督

完善潤滑油系統(tǒng)的連鎖保護(hù)，加強(qiáng)潤滑油系統(tǒng)油質(zhì)監(jiān)督，主要體現(xiàn)在以下兩點：

（1）工作人員要加強(qiáng)監(jiān)督與維護(hù)。以“冷油器”為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行工作的嚴(yán)格執(zhí)行與實施，保持冷水的壓力要小于冷油器中的油壓，加強(qiáng)冷油器定期切換和維護(hù)。在器件組裝與維修的過程中，定期放水，將冷油器與其他部件分開管理，避免潤滑油泄露等情況，并及時的檢查油脂。

（2）以潤滑油壓為基準(zhǔn)，建立連鎖保護(hù)，保證潤滑油的正常供應(yīng)。

2.7 提高運(yùn)行人員技能水平

在火電廠運(yùn)行管理中，提高運(yùn)行人員技能水平是非常重要的。

（1）運(yùn)行人員應(yīng)該嚴(yán)格按照檢測規(guī)則處理，提高運(yùn)行操作的技能。

（2）提高事故處理的能力，確保避免事故的擴(kuò)大，根據(jù)不同的情況冷靜的分析問題，在逐一排除的基礎(chǔ)上靈活性調(diào)整，保證能夠在最快的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

（3）運(yùn)行人員要定期對設(shè)備進(jìn)行檢查及分析，加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)視與整修。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章針對火電廠汽輪機(jī)軸承振動的原因，對處理方式進(jìn)行了探討。從而說明：工作人員應(yīng)該在掌握摩擦原理的基礎(chǔ)上，提高檢查技術(shù)的工藝性，加強(qiáng)軸封自動化系統(tǒng)的裝置，對設(shè)備進(jìn)行定期的維修與監(jiān)測，以促進(jìn)火電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。理論實踐相結(jié)合，避免軸承振動損壞等機(jī)組惡性事故的發(fā)生。

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