汽輪機(jī)軸振動(dòng)原因分析

張 威

(中原大化有限責(zé)任公司，河南濮陽(yáng) 457000)

振動(dòng)是機(jī)械設(shè)備的一種運(yùn)動(dòng)形式，是指機(jī)械設(shè)備在平衡位置上每隔一定時(shí)間作微小的有規(guī)則或無(wú)規(guī)則的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有周期性。汽輪機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)中總是存在不同程度的振動(dòng)。

1 振動(dòng)原因與危害

1.1 透平軸振動(dòng)引起的原因

引起透平軸振動(dòng)的原因有：①測(cè)試系統(tǒng)發(fā)生故障(如探頭松動(dòng)、接線(xiàn)斷裂)；②啟動(dòng)前暖機(jī)不充分，導(dǎo)致膨脹不均；③裝置對(duì)中超標(biāo)；④熱膨脹使管路各動(dòng)量超標(biāo)；⑤從動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳遞；⑥軸承、聯(lián)軸節(jié)、內(nèi)部零件損壞；⑦葉片斷裂導(dǎo)致不平衡；⑧蒸汽壓力、溫度等的變化；⑨負(fù)荷、真空等的變化[1-3]。

1.2 振動(dòng)的危害

振動(dòng)產(chǎn)生的危害有：①機(jī)組部件連接松動(dòng)，底料螺栓斷裂；②機(jī)座(地板)二次灌體松動(dòng)，基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫；③汽輪機(jī)葉片應(yīng)力過(guò)高，疲勞折斷；④危機(jī)保安裝置發(fā)生誤動(dòng)作；⑤通汽部件發(fā)生磨損，嚴(yán)重時(shí)可引起主軸彎曲；⑥滑銷(xiāo)磨損、中心變動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響機(jī)組正常膨脹，導(dǎo)致靜體碰擦；⑦軸承合金層破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；⑧被驅(qū)動(dòng)機(jī)械損壞等[4-5]。透平振動(dòng)過(guò)大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2 案例分析

2.1 透平振動(dòng)波動(dòng)分析

2016年2月以來(lái)，中原大化有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中原大化)空壓機(jī)組透平前軸承振值出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，最高振值已接近聯(lián)鎖，成為裝置運(yùn)行的重大隱患，機(jī)組隨時(shí)可能發(fā)生跳車(chē)。透平振值波動(dòng)示意見(jiàn)圖1。

通過(guò)對(duì)近年來(lái)透平運(yùn)行參數(shù)的對(duì)比研究，并對(duì)透平運(yùn)行狀況進(jìn)行多次精密點(diǎn)檢、評(píng)估，認(rèn)為是轉(zhuǎn)子不平衡造成的。結(jié)合分析結(jié)果得出，在目前情況下提高高壓蒸汽品質(zhì)、穩(wěn)定蒸汽管網(wǎng)為主要有效措施。在各單位的配合下，操作人員認(rèn)真巡檢、精心操作，既保證對(duì)設(shè)備不造成損壞，又保證了裝置高負(fù)荷運(yùn)行。

從趨勢(shì)圖上標(biāo)定區(qū)域看，高壓蒸汽壓力是振值波動(dòng)的一個(gè)重要干擾因素，當(dāng)維持高壓蒸汽壓力不低于9.2 MPa時(shí)，可基本遏制透平大幅振動(dòng)。

2.2 主蒸汽壓力對(duì)機(jī)組的影響

當(dāng)主蒸汽溫度和凝汽器真空不變而主蒸汽壓力升高時(shí)，蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的焓降增大，末級(jí)排氣濕度增加；主蒸汽壓力升高時(shí)，即使調(diào)節(jié)氣閥總開(kāi)度不變，主蒸汽流量也將增加，機(jī)組負(fù)荷將增大，對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有利。

危害：①末級(jí)葉片可能超負(fù)荷；②主蒸汽溫度不變、蒸汽壓力升高，將使末級(jí)蒸汽溫度增大，末級(jí)動(dòng)葉水滴沖蝕嚴(yán)重；③承壓部件和緊固部件內(nèi)應(yīng)力會(huì)加大。

由于單方面提高蒸汽壓力會(huì)造成危害，所以蒸汽壓力超過(guò)允許變化范圍時(shí)，不能在此壓力下再繼續(xù)運(yùn)行。

2.3 透平結(jié)垢處理

2016年6月機(jī)組檢修時(shí)拆開(kāi)透平，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子結(jié)垢非常嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子結(jié)垢和氣封損壞。結(jié)合精密點(diǎn)檢綜合判斷為轉(zhuǎn)子不平衡，抗干擾能力下降，級(jí)間汽封有損壞。轉(zhuǎn)子返廠(chǎng)維修，結(jié)垢處進(jìn)行噴砂處理。檢修后各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)得到明顯改善，特別是影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患空壓機(jī)組透平大幅波動(dòng)問(wèn)題得到解決，目前透平振值穩(wěn)定。

2.4 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢的原因分析

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢主要是因?yàn)檎羝麕}超標(biāo)所致，高溫蒸汽溶解的鹽在汽輪機(jī)內(nèi)由于蒸汽逐級(jí)做功，主蒸汽壓力、溫度不斷下降，則析出沉積于汽輪機(jī)的通流部分，造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子積鹽或積垢。蒸汽中含有的雜質(zhì)將會(huì)使汽輪機(jī)通流部分被沖蝕、積垢和腐蝕，使汽輪機(jī)通流性能惡化，造成熱效率降低和機(jī)械損傷，直接影響汽輪機(jī)的壽命。引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢的原因有很多，但鍋爐給水作為源頭尤為重要。鍋爐給水指標(biāo)有懸浮物、溶解固形物、總硬度、總堿度、相對(duì)堿度、含油量、溶解氧、pH、磷酸根等。鍋爐壓力大于3.82 MPa時(shí)的給水水質(zhì)要求見(jiàn)表1。

表1 鍋爐壓力大于3.82 MPa時(shí)的給水水質(zhì)要求

從水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可知，鍋爐水處理的任務(wù)是：①進(jìn)入鍋爐前的給水，盡可能降低其中的懸浮物、總硬度、含油量和溶解氧等。②鍋爐中的鍋爐水應(yīng)盡量降低溶解固形物并保持一定的堿度，以便使水中的殘余硬度經(jīng)過(guò)不斷的蒸發(fā)濃縮后形成水垢沉淀下來(lái)，然后在鍋爐排污時(shí)除掉。

2.5 空壓機(jī)透平轉(zhuǎn)子結(jié)垢物分析

對(duì)空壓機(jī)透平轉(zhuǎn)子結(jié)垢物進(jìn)行分析，其成分如下(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：NaCl 67.93%，Na2SO49.31%，酸不溶物9.18%，CaO 1.59%，MgO 1.53%，F(xiàn)e2O31.21%，Al2O30.60%。透平結(jié)垢物中鹽類(lèi)含量最多，是因?yàn)檎羝焚|(zhì)不良、鍋爐給水含有雜質(zhì)所致；另外，透平正常運(yùn)行中凝汽器銅管泄漏，未能及時(shí)查漏堵漏，造成循環(huán)水直接進(jìn)入到凝結(jié)水，使凝結(jié)水中含鹽量升高。在透平正常運(yùn)行中，凝汽器的主要作用一方面是使將汽輪機(jī)末端做過(guò)功的蒸汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水冷卻變成冷凝液，在熱井里積聚，最后被冷凝液泵外送給用戶(hù)；另一方面是使凝汽器排氣端保持負(fù)壓。凝汽器銅管泄漏造成凝結(jié)水含鹽量高，然后通過(guò)冷凝液泵輸送給鍋爐作為供給水生產(chǎn)蒸汽，加劇了透平轉(zhuǎn)子結(jié)垢，破壞了轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，進(jìn)而引起了轉(zhuǎn)子的軸端振動(dòng)，造成大幅波動(dòng)。

3 查找振動(dòng)原因的幾種方法

(1) 轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

判斷振動(dòng)和轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速的接近程度。

(2) 負(fù)荷試驗(yàn)

判斷振動(dòng)與機(jī)組中心熱膨脹與轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，以及傳遞力矩的部件(聯(lián)軸器、變速齒輪)是否有缺陷。

(3) 軸承潤(rùn)滑油膜試驗(yàn)

判斷振動(dòng)是否由油膜不穩(wěn)定、油膜被破壞或軸瓦緊力不當(dāng)所引起。

(4) 勵(lì)磁電流試驗(yàn)

判斷振動(dòng)是否為電氣方面的原因所引起，以及由電氣方面的哪些因素引起。

4 結(jié)語(yǔ)

引起透平振動(dòng)的原因很多，要準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷并找出原因，需結(jié)合發(fā)生振動(dòng)的現(xiàn)象以及工藝參數(shù)變化情況綜合分析，對(duì)癥下藥，全方位診斷，方能藥到病除。

參考文獻(xiàn)

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