淺析汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動及防止措施

鄭志強(qiáng)

摘要：汽輪機(jī)作為一種提供源動力的大型機(jī)械設(shè)備，主要應(yīng)用于大型發(fā)電廠或者工業(yè)制造、車船制造業(yè)，在汽輪機(jī)的運(yùn)行中，產(chǎn)生振動是最容易出現(xiàn)的一個(gè)問題，這種問題會引起汽輪機(jī)產(chǎn)生故障，不利于設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會影響到發(fā)電廠和工業(yè)制造企業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；振動；防止措施

引言：

在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中，引起振動的原因復(fù)雜多變，但汽輪機(jī)振動是機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的具體表現(xiàn)和導(dǎo)致故障產(chǎn)生的主要因素，因此，如何防止汽輪機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生震動，保證大型電廠或工業(yè)制造企業(yè)的正常運(yùn)行，使我們應(yīng)當(dāng)重視和解決的主要問題。

一、汽輪機(jī)的運(yùn)行原理和分類

（一）運(yùn)行原理

在我國，汽輪機(jī)廣泛地被應(yīng)用在大型火力發(fā)電和核能發(fā)電廠為火力發(fā)電和核能發(fā)電提供源動力來源[1]，它在火力發(fā)電中發(fā)揮作用的工作原理是通過燃燒煤炭的火力和熱量把水轉(zhuǎn)化成蒸汽，大量的蒸汽聚集會產(chǎn)生強(qiáng)大的氣壓，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動就是靠這種氣壓來推動的，這樣就完成了汽輪機(jī)的運(yùn)行，在整個(gè)過程中，從能量轉(zhuǎn)化的角度來說，就是把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量的過程，汽輪機(jī)運(yùn)行的另一端，再連接上電磁發(fā)電機(jī)的葉輪部位，就有實(shí)現(xiàn)了通過汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)的運(yùn)行的過程，最后，有發(fā)電機(jī)完成電能量的儲備。

（二）主要類別

第一，按熱力原理主要可分為凝汽式、抽汽凝汽式和背壓式等；第二，從用途的角度講，汽輪機(jī)主要用于供電、供熱、工業(yè)用汽輪機(jī)和船舶推動汽輪機(jī)；第三，按汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力的高低又可把汽輪機(jī)分為低壓、中壓、高壓、次高壓，最頂級的進(jìn)汽級別是超高壓。

二、汽輪機(jī)振動的原因分析

引起汽輪機(jī)振動的原因是多種多樣的，但產(chǎn)生振動現(xiàn)象的主要原因有油膜的穩(wěn)定性缺失、汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的氣流振動和由于受熱不均勻?qū)е碌钠着蛎浾系K，出現(xiàn)汽缸膨脹不均勻的情況。

第一，油膜穩(wěn)定性缺失。汽輪機(jī)發(fā)生油膜失穩(wěn)主要有兩種形式，半速渦動和油膜振蕩。半速渦動的情況是，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度比第一臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)速低至兩倍時(shí)，轉(zhuǎn)速就會逐漸提高，而在這個(gè)提高轉(zhuǎn)速的過程里，汽輪機(jī)的振動一般會在一個(gè)轉(zhuǎn)速相對較低的階段出現(xiàn)，然后一直振動到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值，或者還有一種情況是，振動會在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到某個(gè)隨機(jī)數(shù)值時(shí)小時(shí)，二在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由低到高的變化過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)轉(zhuǎn)速變化的臨界點(diǎn)時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)動的頻率就會發(fā)生改變，但其中轉(zhuǎn)動程度力的半頻關(guān)系是恒定不變的。油膜振蕩的情況是，在旋轉(zhuǎn)勁軸和潤滑油相互帶動運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，軸勁和高速流動的潤滑油之間由于產(chǎn)生了強(qiáng)大的作用力和反作用力，使油膜發(fā)生一種強(qiáng)烈的自動振蕩的現(xiàn)象。

第二，氣流振動。氣流振動主要可分為由于轉(zhuǎn)子彎曲部分的徑向間隙變化而造成的頂隙振動和機(jī)器葉輪部位在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的相互作用力引起的振動。

首先，頂隙振動是由于機(jī)械制造人員為了提高汽輪機(jī)的工作效率和機(jī)器性能，而使用了一種提高汽輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速和級數(shù)增加的方法，但是級數(shù)的變化導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子運(yùn)行的跨距拉長，在轉(zhuǎn)速變化時(shí)的臨界速度變慢，進(jìn)而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高與汽輪機(jī)整體工作轉(zhuǎn)速的差距就被擴(kuò)大，使軸系統(tǒng)的運(yùn)行不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)子的彎曲部分會使通流徑向間隙發(fā)生改變，進(jìn)而引發(fā)軸勁的正向渦動。其次是葉輪流通部分的相互作用力。葉輪在運(yùn)行過程中的失穩(wěn)現(xiàn)象是很容易發(fā)生的，而這種失穩(wěn)的作用力又會將葉輪帶入磨損環(huán)，產(chǎn)生磨損后就會造成出口的密封間隙增大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動。

第三，汽缸膨脹不均勻。膨脹現(xiàn)象是由于受熱引起的在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中[2]，汽缸膨脹是否均勻就取決于受熱是否均勻，當(dāng)受熱不均勻時(shí)，會引起汽輪機(jī)的軸承位置和標(biāo)高的改變，影響轉(zhuǎn)子的中心位置，導(dǎo)致軸承的剛度下降，進(jìn)一步引起軸承振動，而軸承的振動又有以下兩方面原因，第一是汽輪機(jī)在機(jī)組啟動時(shí)水流疏通問題使殘留在機(jī)器中的水受熱產(chǎn)生蒸汽，引發(fā)金屬材料的變形，在運(yùn)行過程中造成摩擦，另一種原因是運(yùn)行過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的氣溫與金屬氣缸的溫度不相配，造成轉(zhuǎn)子由于受熱不均而產(chǎn)生變形，與氣缸的膨脹程度發(fā)生差異。

三、采取有效措施防止氣缸振動

（一）杜絕油膜失穩(wěn)和振蕩

在汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就需要在運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)阻尼和穩(wěn)定裕度進(jìn)行提高，而且在制造工藝的選擇上排除影響軸系穩(wěn)定性的工藝[3]，對于消除油膜失穩(wěn)，一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作就是對汽輪機(jī)要做好日常的設(shè)備檢查和維護(hù)，而從它的運(yùn)行原理上來講，可以通過增大機(jī)械的比亞和負(fù)載量來達(dá)到杜絕失穩(wěn)的目的，同時(shí)，還要注意降低軸承的寬度，另外，還可以用提高機(jī)械的承載系數(shù)和油溫的方法對來時(shí)潤滑油的粘度變低。但這種方法會帶來油質(zhì)老化的問題，在具體的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改善。

（二）消除氣流振動

相對來說氣流振動的發(fā)生幾率并不大，但是我們也要重視這種因素帶來的問題，消除氣流振動的主要方法有三種，首先，我們要充分利用反渦技術(shù)對氣流的環(huán)形運(yùn)動進(jìn)行干擾，用逆向注入氣流的方式提升失穩(wěn)臨界點(diǎn)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行提升；其次，對軸承在軸徑中的偏心率進(jìn)行增高，來降低發(fā)生振動的頻率；第三，對軸承的外觀和幾何形狀進(jìn)行和里的改造，干預(yù)環(huán)形旋轉(zhuǎn)氣流的動向，而達(dá)到減弱切向力度的目的，促進(jìn)機(jī)器轉(zhuǎn)子高速穩(wěn)定的運(yùn)行。

（三）減少膨脹不均

抓住膨脹不均的主要影響因素，受熱不均勻，注意在汽輪機(jī)開始運(yùn)行之前進(jìn)行仔細(xì)的檢查，確保所有通道的通暢且沒有積水存在于主要管道或者機(jī)器主體中。現(xiàn)一旦發(fā)現(xiàn)積水要及時(shí)進(jìn)行清理[4]，另外，仔細(xì)檢查機(jī)械運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)的部件有沒有變形或故障的情況發(fā)生，如有變形或故障，應(yīng)當(dāng)及時(shí)修理或更換，并配合將機(jī)械運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

三、結(jié)束語

汽輪機(jī)的整體運(yùn)行是一個(gè)需要各個(gè)機(jī)械設(shè)備和環(huán)節(jié)進(jìn)行配合和協(xié)作的過程，要保證汽輪機(jī)的有效運(yùn)行，就需要從它的運(yùn)行原理出發(fā)，明確機(jī)器運(yùn)行中各個(gè)部件工作原理和影響這些部件正常運(yùn)行的因素，分析這些因素之間的邏輯關(guān)系，找到問題產(chǎn)生的源頭和根本，用有效的措施和方法杜絕這種不正常運(yùn)行情況的發(fā)生，最終解決汽輪機(jī)工作過程中出現(xiàn)的故障和問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒廣富.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動及防止措施探討[J].環(huán)球市場，2017（9）：143-143.

[2]王永江.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動及防止措施探討[J].裝備制造，2016（7）.

[3]王勇.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動與有效防范方式分析[J].大科技，2016（20）.

[4]鮑榮明.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動及防止措施探討[J].中國科技投資，2017（3）.endprint