發電廠汽輪機振動異常增大的原因分析

毛勇

摘要：本文對發電廠汽輪機組在運行過程中機組振動異常增大的原因進行了分析，并分析了隔板與動葉柵磨擦，隔板出現裂紋，以及真空度，主汽溫度、壓力偏低對機組振動的影響。

關鍵詞：汽輪機；振動；隔板；動葉；真空度

1 前言

松藻煤電公司發電廠是松藻煤電公司的煤矸石自備電廠，裝機容量24MW，配有1臺65t/h和一臺75/h循環流化床鍋爐，2臺6MW凝汽式汽輪發電機組和一臺12MW汽輪凝汽式發電機組。汽輪機本體部分由轉動部分和固定部分組成，其中轉動部分包括動葉柵、葉輪、主軸、聯軸器等；固頂部分包括氣缸、蒸汽室、噴嘴、隔板、軸瓦、汽封等組成。

汽輪機組的異常振動是常見故障中較為復雜的一種故障，由于機組振動往往受多方面因素的影響，只要跟汽輪機本體有關的任何一個設備或介質都會是機組振動的原因，比如主汽參數、疏水、油溫、油質等等。因此，針對汽輪機異常振動原因的分析是檢修汽輪機異常振動的關鍵。汽輪機的異常振動又直接關系到機組的安全運行，零部件或整個機組的過大振動，均會帶來嚴重的后果，因此發電廠機組運行時則規定汽輪機軸瓦振動≥80um時，就必須停運汽輪機處理。

2 機組振動增大的原因分析

2、1 動葉柵與隔板摩擦

對于發電廠所使用的汽輪機是軸流式汽輪機，在蒸汽沿軸向從高壓端膨脹做功流向低壓端的同時，蒸汽壓差在轉子上就會形成軸向推力。汽輪機在帶負荷運行時，轉子的推力盤靠向工作瓦塊，當軸向位移超過汽輪機允許最小間隙時，工作瓦塊磨損，造成動葉柵與隔板摩擦。動靜摩擦在圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側溫度高于輕摩擦側，導致轉子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉子受熱彎曲，產生一個新的不平衡力作用到轉子上引起振動。

如2016年，發電廠3#汽輪機運行中因振動嚴重超標，緊急停運3#汽輪機處理。在檢修過程中發現，工作瓦塊有磨損跡象，同時產生的軸向位移超過允許值，復速級和動葉片和相應的隔板之間產生摩擦，造成機組振動過大。更換推力瓦過程中，由于新購買的異形推力瓦塊厚度超出0.3mm，無法車床加工，檢修無法進行時，筆者提出運用技術能力強的鉗工采用手工刮削的方式，將推力瓦塊加工到規定尺寸，刮削精度不超過0.01mm，大大節約了檢修成本和檢修時間，檢修后3#機汽輪機組運行正常，振動指標達到要求。

2、2隔板出現裂紋

汽輪機隔板是由隔板圈、靜葉、隔板體三部分組成。隔板在汽輪機運行時會承受很大的蒸汽壓差，從而產生一定的應力和擾度，當應力和擾度超過最大允許值時，隔板受應力作用達到疲勞極限，產生裂紋，就會損壞隔板或者引起機組振動。特別是機組超負荷運行時，各級隔板壓力都會增加，隔板兩側壓差增大，尤其前幾級隔板強度一般較為薄弱。在檢修過程中發現，發電廠汽輪機前幾級隔板就出現了裂紋現象，因此應按照機組運行要求，避免超負荷運行，在以后的檢修過程中，應密切注意隔板裂紋情況，防止更大的缺陷發生。

2、3真空度對機組振動的影響

當機組真空度較低，又要保持機組負荷不變時，汽輪機的進氣量必須增加，這就造成汽輪機葉片、隔板受力過負荷，軸向推力也隨之增加。不僅如此，由于真空度的降低，排汽溫度升高，從而引起排汽氣缸受熱變形，機組中心產生偏移，造成機組振動增大。而排汽溫度的升高還會使凝汽器銅管受熱膨脹，凝汽器銅管工作環境惡化，銅管松弛、變形甚至斷裂，影響凝汽器換熱，形成惡性循環，進一步造成機組振動增加。

而當真空度較高時，如果機組負荷沒有隨之提高，那么汽輪機末幾級做功就會減少，蒸汽流向在末級會出現不穩定狀態，對機組振動同樣有一定的影響。

綜上所述，真空度是汽輪機組運行的一個重要參數，不僅關系的發電廠的安全經濟運行，對機組振動也有著重要的影響。

2、4 蒸汽壓力、溫度低對機組振動的影響

當主汽溫度、壓力降低，蒸汽做功的熱焓降也降低，在這樣的工況條件下，要維持機組負荷不變，就勢必造成汽耗量的增加，這不僅影響發電廠的經濟運行，而同樣使得轉子軸向推力增大。氣溫的降低還造成了后幾級葉片的溫度增加，后幾級葉片在不良工況、超溫、過負荷的條件下運行，使得葉片發生水蝕，縮短機組壽命，引起機組振動增大。

因此，當主汽溫度、壓力降低時，應嚴格按照汽輪機運行規程，降低機組負荷，調整工況品質，并加強蒸汽管道和氣缸疏水。

3、結語

汽輪機異常振動在機組運行過程中是幾乎無法避免的故障。同時也是較為常見的故障，在檢修此類故障時，不能急于拆解機組，首先應對故障特征進行故障振動分析，確定故障點后查看機組維修記錄，確認故障點零部件情況。如故障點零部件剛剛檢修過并更換，應再次確認故障點，確認后在進行拆解。一般來說，短期內進行過維護保養的部件出現故障的幾率遠小于維護時間長的部件。因此在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外注意，許多情況需要檢修人員長期積累的經驗來判斷的，加強企業汽輪機組維護保養人員培訓，提高檢修人員理論素質及專業技能是提高汽輪機故障檢修效率的最佳途徑。

參考文獻

[1]《汽輪機原理》 黃樹紅 中國電力出版社 2016

[2]《汽輪機振動分析》 撫順發電有限責任公司 2013

[3]《主汽溫度壓力過高或過低對運行汽輪機的危害》賀偉 電力安全技術 2009-11

（作者單位：重慶松藻電力有些責任公司）