電廠汽機(jī)摩擦振動故障分析與診斷

那曉亮

【摘??要】根據(jù)電廠汽輪機(jī)兩次啟動時軸承和摩擦振動過大的問題，通過分析同一情況下機(jī)組啟動的振動數(shù)據(jù)，分析摩擦振動和力學(xué)問題。根據(jù)存在的問題進(jìn)行分析和解決問題，分析320MW發(fā)電機(jī)的摩擦振動特性，進(jìn)而診斷出發(fā)生故障的原因，為汽輪機(jī)發(fā)生摩擦振動故障提供建議和指南。

【關(guān)鍵詞】電廠;汽機(jī);摩擦振動;故障;分析診斷

引言

電廠汽機(jī)的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，且內(nèi)部系統(tǒng)、設(shè)備、裝置、元器件等比較多，當(dāng)汽機(jī)處于長時間運(yùn)行時，一些設(shè)備、設(shè)施會發(fā)生異常運(yùn)行的問題。在這種情況下，不僅會增加機(jī)組運(yùn)行的能耗，還能對運(yùn)行效率及安全性造成影響，不利于電廠的發(fā)展。對此，電廠應(yīng)做好日常維護(hù)工作，提高維修人員的技術(shù)水平，進(jìn)而及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，保障電廠汽機(jī)正常運(yùn)行。

1摩擦原因

動態(tài)和靜態(tài)摩擦問題通常會導(dǎo)致汽輪機(jī)其他部件失效問題，例如：導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲，它會加劇塊體振動的惡化，導(dǎo)致大軸完全彎曲或塊體破裂。導(dǎo)致摩擦振動故障的主要原因如下。（1）轉(zhuǎn)軸振動過大。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的振幅超過振動動態(tài)和靜態(tài)偏差時，摩擦振動可能就會發(fā)生損壞。（2）動靜間隙不足。設(shè)計空間值太小，安裝空間太小，或間隔調(diào)整不符合安裝和維護(hù)等要求，導(dǎo)致摩擦振動發(fā)生故障。（3）缸體跑偏、彎曲和變形。如果上輥和下輥之間的溫差大并且預(yù)熱時間不足，則輥可能變形甚至彎曲變形，這也是造成摩擦振動發(fā)生故障的一個很大原因。（4）轉(zhuǎn)子和軸承的不對稱。旋轉(zhuǎn)部件的變形和位移，轉(zhuǎn)子和軸承中心不對稱，在最外側(cè)導(dǎo)致整個轉(zhuǎn)子傾斜，如果發(fā)生下面情況可能會導(dǎo)致摩擦性故障在短時間內(nèi)迅速增加：①摩擦誤差。②摩擦失效類型的故障：振幅連續(xù)變化，波動沒有明顯的規(guī)律。

2電廠汽機(jī)摩擦振動故障分析與診斷

2.1支撐剛度降低引起振動過大原因

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括油膜，軸承托架，底座，圓柱體，保護(hù)層等。決定轉(zhuǎn)子托架系統(tǒng)剛度的因素包括2個主要方面：結(jié)構(gòu)剛度，轉(zhuǎn)子的幾何形狀以及零件載體，轉(zhuǎn)子的尺寸大小和形狀都會影響到汽輪機(jī)的振動問題。由于在設(shè)計和制造階段難以確定結(jié)構(gòu)的剛度，因此在實際條件下剛度的降低會引發(fā)摩擦振動故障，主要原因有：①螺栓的固定不穩(wěn)定;②軸承座與臺板接觸不良;③膨脹不暢。數(shù)據(jù)表明，輥振動主要基于振動，其幅度小，運(yùn)行速度快，表明中間轉(zhuǎn)子的壓力較小，機(jī)械的運(yùn)行效率更好。根據(jù)基頻的幅度增加和相位變化，假設(shè)第二和第三軸承的振動是動態(tài)和靜態(tài)摩擦振動，這種摩擦屬于可分離的早期碰撞。有兩個主要部分可以發(fā)生摩擦。（1）旋轉(zhuǎn)軸和固體止油器之間發(fā)生摩擦。由于軸承箱的微小負(fù)壓，在齒和旋轉(zhuǎn)軸之間會有灰塵和污垢，清除污垢和灰塵，就相當(dāng)于形成潤滑劑。在高溫的影響下，軸迅速轉(zhuǎn)動，軸越多，旋轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的摩擦力和壓力輸出就越大，間歇性摩擦振動就會起作用。（2）擦拭旋轉(zhuǎn)軸和蒸汽的分離。由于長時間使用該裝置后，氣缸的膨脹和變形會減少局部間隙。如果蒸汽參數(shù)稍微改變，旋轉(zhuǎn)軸將發(fā)生周期性地摩擦，振動主要發(fā)生在第二和第三軸承中，第二和第三軸承靠近高壓和中壓氣缸的高溫蒸汽入口，這就可以證明第（1）種積碳式油擋摩擦的可能性比較大。

2.2汽機(jī)異常振動解決方案

由于汽機(jī)異常振動較為常見且因素較多，故其解決較為繁瑣，需要結(jié)合引起振動的具體因素，制定合理的解決方案。（1）油膜震蕩和氣流激振的處理。首先，控制軸瓦，先對軸瓦的比壓進(jìn)行適當(dāng)增加，再調(diào)整軸瓦頂部間隙，控制軸瓦和軸頸之間的接觸角（通常情況下可以減少5～10°左右），再適當(dāng)應(yīng)用低粘度潤滑油。（2）氣流激振的控制。基于氣流激振的基本性質(zhì)，需要結(jié)合長期記錄繪制組曲線，并結(jié)合曲線基本情況，對其負(fù)荷變化率和負(fù)荷范圍進(jìn)行控制。（3）摩擦引起的振動控制。維護(hù)人員可以根據(jù)平時汽機(jī)運(yùn)行正常時是否存在不規(guī)則噪音，分析相應(yīng)構(gòu)件和潤滑油的基本情況，酌情更換之。尤其要盡可能避免轉(zhuǎn)子熱彎曲的情況發(fā)生。

2.3保障振動過大控制效果

振動過大是300MW電廠汽機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常存在的問題，會加大設(shè)備、裝置的磨損程度，從而引發(fā)運(yùn)行故障，并會對電廠造成嚴(yán)重的損失。因此，應(yīng)做好葉片的管理工作，主要是因為葉片的轉(zhuǎn)速比較高，在運(yùn)行時會產(chǎn)生振動沖擊力，對鄰近設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量、效率等會造成嚴(yán)重的影響。在實際處理時，要合理控制葉片的振動幅度，確保運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時，還要對汽機(jī)的安裝質(zhì)量進(jìn)行檢測，包括位置、錨固情況等，避免因為松動而出現(xiàn)振動過大的問題。另外，汽機(jī)的潤滑質(zhì)量較差時，也會出現(xiàn)振動過大的現(xiàn)象，需要工作人員加強(qiáng)潤滑油的采購控制工作，保障潤滑油的質(zhì)量，可以制定出定期的潤滑檢修工作，這樣能及時有效的了解汽機(jī)的潤滑情況，這樣有效的降低了振動的危害的發(fā)生，所以說做好定期的檢修工作，可以很大程度降低事故的發(fā)生，保障機(jī)組安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.4優(yōu)化輔機(jī)系統(tǒng)，規(guī)范機(jī)組操作

汽機(jī)在運(yùn)行時，會受到各種因素的影響，導(dǎo)致汽機(jī)無法正常運(yùn)行，難以實現(xiàn)企業(yè)的綜合效益。對此，電廠應(yīng)加大故障防范力度，及時進(jìn)行管控，從而降低故障的發(fā)生幾率。例如，一是，電廠應(yīng)健全維修體系，要求維護(hù)人員做好定期維護(hù)與日常維護(hù)工作，有利于及時發(fā)現(xiàn)輔機(jī)存在的問題，以優(yōu)化功能和性能，保障汽機(jī)正常運(yùn)行。二是，通常情況下，輔機(jī)的主要作用是對汽機(jī)的各項運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)信息及時顯示與反饋出來，便于工作人員做好維護(hù)規(guī)劃。一旦輔機(jī)出現(xiàn)故障問題，不利于工作人員及時發(fā)現(xiàn)汽機(jī)存在的安全隱患，影響了電廠機(jī)組運(yùn)行的安全性。對此，可在輔機(jī)系統(tǒng)中增設(shè)過程控制系統(tǒng)，有利于對輔機(jī)的運(yùn)行全過程進(jìn)行實時監(jiān)控與管理，并迅速采取解決措施，確保故障防范與處理效果。三是，電廠機(jī)組的設(shè)備、裝置比較多，部分輔機(jī)系統(tǒng)需要人工進(jìn)行操作，若操作人員的技術(shù)水平較低，容易出現(xiàn)誤操作的問題，從而出現(xiàn)人為故障。因此，電廠應(yīng)健全操作規(guī)范，做好人員培訓(xùn)工作，不斷提高操作人員的專業(yè)能力和操作水平，保障電廠汽機(jī)正常運(yùn)行。

2.5汽機(jī)軸承受損解決方案

首先，需要對軸承的采購流程進(jìn)行優(yōu)化，采購前將樣品送至試驗室，展開軸承性能檢測，控制軸承質(zhì)量關(guān)。其次，對已采購的軸承也需進(jìn)行檢測，要仔細(xì)核對軸承的生產(chǎn)廠家、規(guī)格參數(shù)、出廠合格證等。第三，軸承安裝過程中，需避免雜物進(jìn)入軸承。如果出現(xiàn)軸承偏移的情況，需要對汽機(jī)負(fù)荷進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。最后，強(qiáng)化汽機(jī)軸承維護(hù)工作，成立專門的維護(hù)小組，重視軸承受損情況，定期展開軸承外觀、性能等方面的檢查，再對軸承中的潤滑油進(jìn)行補(bǔ)充，避免油量不足導(dǎo)致軸承損壞，通過合理有效的優(yōu)化手段，可以及時的解決軸承的受損問題。

結(jié)語

在汽輪機(jī)的初始啟動階段，會發(fā)生徑向摩擦并且有可能發(fā)生轉(zhuǎn)子的熱偏轉(zhuǎn)，裝置的振動速度和振動幅度主要是由于高壓缸的膨脹，中壓缸的膨脹以及轉(zhuǎn)子和缸軸連接之間的差異膨脹，發(fā)生靜態(tài)和動態(tài)軸向摩擦。動態(tài)和靜態(tài)摩擦不僅發(fā)生在啟動期間，在其他環(huán)節(jié)也會伴隨著動態(tài)和靜態(tài)摩擦，因此，就要對動態(tài)和靜態(tài)摩擦的位置進(jìn)行分析，找出發(fā)生摩擦振動故障原因，并提出相應(yīng)解決措施，對汽輪機(jī)發(fā)生摩擦振動故障的原因進(jìn)行分析，在汽輪機(jī)的不斷發(fā)展和改進(jìn)中，慢慢完善運(yùn)行中遇到的各種問題，以提高設(shè)備運(yùn)行效率，并提高操作安全系數(shù)，確保汽輪機(jī)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉.汽輪機(jī)動靜摩擦故障分析及解決措施[J].能源與節(jié)能，2017（2）：162-163.

[2]閆青，羅霄，徐朝林，等.汽輪機(jī)通流部分的動靜摩擦[J].水泥技術(shù)，2014（1）：102-103.

（作者單位：國華太倉發(fā)電有限公司）