汽輪機震動的原因及處理分析

張勝良 華電萊州發(fā)電有限公司

受汽輪機振動較大這一因素影響，會導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)不同程度的老化及磨損等現(xiàn)象，雖然說汽輪機振動難以完全消除，但是，將振動控制在一定范圍的情況下，則能避免嚴重影響汽輪機正常運行，此時汽輪機振動危害也可以忽略不計。汽輪機運行過程，有很多因素都會造成異常振動現(xiàn)象，如設(shè)計失誤、裝配不當、零部件處于疲勞壽命極限等。一旦汽輪機軸系中心有變化情況出現(xiàn)，與原來平衡位置處于偏離狀態(tài)，而在偏離超過一定范圍的情況下，較大異常振幅就會隨之產(chǎn)生，致使機組內(nèi)部動、靜摩擦不斷加劇，汽輪機異常振動就會越來越大，在此種振動問題惡性循環(huán)的情況下，機組零件松動問題就會逐漸產(chǎn)生，老化磨損情況也會愈發(fā)嚴重，嚴重損害企業(yè)經(jīng)濟效益。

一、汽輪機組產(chǎn)生震動的危害

汽輪機組是熱電廠最重要的設(shè)備，當汽輪機組發(fā)生超出規(guī)定的震動時，會對電廠整個系統(tǒng)的運行造成致命的影響，輕則造成發(fā)電質(zhì)量的降低，重則造成發(fā)電廠無法供電。汽輪機組發(fā)生震動造成的危害如下：

（一）汽輪機震動導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸封發(fā)生嚴重磨損

當汽輪機出現(xiàn)震動時，轉(zhuǎn)子端部軸承會出現(xiàn)磨損嚴重的情況，發(fā)電機組整體密封性能將會遭到破壞，最終會造成低壓缸進入空氣等問題。當機組發(fā)生密封破壞的同時，如果沒有采取相應(yīng)措施進行控制時，將會造成高壓端的軸封密封不嚴泄漏，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子相應(yīng)部位發(fā)生高溫受熱，因部分位置高溫受熱，造成轉(zhuǎn)子彎曲。密封的破壞，會對軸系表面潤滑膜造成破壞，降低了軸系的潤滑效果，致使軸瓦表面鎢合金發(fā)生融化現(xiàn)象。另外，由于密封的破壞，也導(dǎo)致機組漏氣降低機械效率，造成了能源的浪費。

（二）汽輪機震動導(dǎo)致隔板之間氣封磨損

當汽輪機出現(xiàn)震動時，隔板之間氣封會出現(xiàn)磨損嚴重的情況，會加大機組的漏氣，造成轉(zhuǎn)子軸向力不斷加大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子端部的推力瓦受力嚴重，推力瓦表面的鎢合金發(fā)生融化情況。

（三）震動造成熱電廠經(jīng)濟性能降低

汽輪機是將熱能轉(zhuǎn)變成機械能，機械能又帶動發(fā)電機進行發(fā)電，因此，發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生熱能越高，發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率就越高，經(jīng)濟效益也越高。當汽輪機運行過程中，汽輪機氣封的間隙不大時，汽輪機熱效率就會高，反之，由于氣封間隙過大導(dǎo)致漏氣，會降低汽輪機的熱效率。汽輪機氣封的間隙大小，與機組震動情況存在直接關(guān)系，如震動太大，會增大氣封的間隙，造成機組熱效率降低，最終降低了電廠的經(jīng)濟效益。

（四）震動會間接、直接導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障

汽輪機的震動如果過大，會造成汽輪機組上儀表、傳感器等控制檢測設(shè)備不能正常的工作，工作過程中會出現(xiàn)錯誤的動作，致使汽輪機發(fā)生停機等事故。另外，發(fā)電機轉(zhuǎn)子在震動的作用下，會出現(xiàn)絕緣損壞，發(fā)電機在工作過程中，由于絕緣的損壞，會導(dǎo)致機組整體溫度的升高，致使繞組因高溫?zé)龤Ф搪?，造成發(fā)電機報廢。汽輪機出現(xiàn)震動故障，是汽輪機維護中最難的問題，因為汽輪機的震動引發(fā)原因是多種多樣的。我們要想解決汽輪機的震動故障，就必須找出產(chǎn)生震動的原因，根據(jù)產(chǎn)生的原因進行分析，通過分析結(jié)果才能制定相應(yīng)的措施。

二、汽輪機振動大原因

（一）油膜失穩(wěn)

油膜失穩(wěn)的類型主要包含以下兩種，即半速渦流、油膜振蕩，低于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，就會有半速轉(zhuǎn)捩發(fā)生，在增加速度的情況下，上述情況會緩慢出現(xiàn)。通常來說，在最大轉(zhuǎn)速下，油膜不穩(wěn)造成的振動現(xiàn)象會持續(xù)出現(xiàn)，或者也會在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到一定值的情況下出現(xiàn)消失現(xiàn)象。

（二）氣流振動

氣流不同的情況下，也會產(chǎn)生差異化振蕩原因。在工作轉(zhuǎn)速越接近臨界轉(zhuǎn)速的情況下，此時軸系統(tǒng)會呈現(xiàn)出越好的穩(wěn)定性，但值得注意的是，在臨界轉(zhuǎn)速較高的情況下，不能保障汽輪機工作效率要求得以充分滿足，此時一些工作人員就會選擇汽輪機級數(shù)改變的方式進行應(yīng)用，借此使跨距增大，達到工作效率提升目的，而這一過程就會有通流部兩側(cè)徑向間隙有較大誤差出現(xiàn)，增加軸徑所受切向力的同時，正向渦動隨之產(chǎn)生，磨損轉(zhuǎn)子，致使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，隨之更大的徑向間隙就會出現(xiàn)，流動切向力也會進一步增加。

（三）膨脹不均

一般來說，汽輪機工作環(huán)境通常都是以高溫狀態(tài)位置，而對于汽輪機機組零部件來說，具備的一個顯著特性就是熱障冷縮，所以在整體加熱和受熱環(huán)節(jié)，難以為整體的均勻受熱提供保障，此時就會導(dǎo)致汽輪機各部有不均勻熱膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，這一過程軸承位置偏移極易發(fā)生，影響剛度的同時，機械振動問題隨之出現(xiàn)。

（四）動靜摩擦

汽輪機振動最嚴重的一個因素就是動靜摩擦，如果有動靜摩擦問題發(fā)生，汽輪機內(nèi)部零件碰撞概率極易增大，加劇汽輪機振動情況的同時，受劇烈振動影響，更劇烈的動靜摩擦就會因此出現(xiàn)，導(dǎo)致負反饋效應(yīng)隨之產(chǎn)生，這一過程如接觸式汽封及軸承等直接接觸的零件，永久性彎曲形變問題極有可能會發(fā)生，嚴重事故就會隨之產(chǎn)生。

三、汽輪機常見異常振動的處理措施

（一）油膜失穩(wěn)振動的處理

為確保油膜失穩(wěn)問題能夠得到快速鑒別，可對渦動頻率變化進行及時檢測，因油膜失穩(wěn)出現(xiàn)的原因通常是以軸系不具備良好穩(wěn)定性為主，加之缺少足夠的系統(tǒng)阻尼，所以在解決油膜失穩(wěn)造成的振動問題時，需要設(shè)計人員設(shè)計汽輪機環(huán)節(jié)，充分考慮對比壓及負載，避免設(shè)置過寬的軸承寬度，基于運行原則的遵循為出發(fā)點，在軸承寬度方面可適當減小，同時還可在軸承承載系數(shù)方面適當提升，這一過程應(yīng)注意，軸承承載系數(shù)過大的情況下，潤滑油黏度會降低，油膜厚度也會逐漸減薄，升高工作環(huán)境溫度的同時，也會加快油質(zhì)老化現(xiàn)象，所以具體設(shè)計過程應(yīng)對軸承承載系數(shù)利弊進行充分考慮。除此之外，還應(yīng)在相關(guān)工藝檢查及控制方面加強，加之汽輪機軸承維護工作的定期開展，使油膜失穩(wěn)問題得到有效防治。

（二）氣流振動的處理方法

氣流振動處理難度較大，通常情況下，為確保處理能力及處理質(zhì)量有效提升，應(yīng)對汽輪機振動現(xiàn)象及強度進行深入分析和研究，同時注意至少一年時間內(nèi)汽輪機運行數(shù)據(jù)的編制，通過數(shù)據(jù)曲線圖的繪制，對曲線變化及幅度進行分析，進而將氣流強度分布明確出來；與此同時，還應(yīng)注意負荷變化速度的降低，借此避免受過快負荷變化因素影響而產(chǎn)生振動現(xiàn)象。除此之外，因軸向旋流為氣流振動的主要問題，為確保這一問題的產(chǎn)生得到有效防止，可選擇擾亂軸向旋流的方式進行應(yīng)用，使失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速有效提升。在進行初步設(shè)計時，設(shè)計人員可對大軸頸偏心率軸承進行應(yīng)用，同時也可在幾何形狀方面進行改變，使振幅有效降低，同時將軸向旋流擾亂，為高速及穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的汽輪機提供幫助。

（三）膨脹不均的處理方法

在監(jiān)測并預(yù)防膨脹不均造成的振動現(xiàn)象時，預(yù)期目標極易達成，具體來說，如果氣缸和熱壓力間有受力不穩(wěn)情況出現(xiàn)，檢查及預(yù)防即可開展；而對于正式投入運行之前的汽輪機來說，應(yīng)對疏通管道進行認真檢查，并且在輸水過程應(yīng)注重管道清理工作的及時開展；在出現(xiàn)膨脹不均振動問題的情況下，應(yīng)對汽輪機各部零件變形情況進行檢查，及時更換有問題的零部件，與此同時，還應(yīng)在汽輪機膨脹不均與參數(shù)設(shè)置不正確是否相關(guān)方面進行研究，如果是因參數(shù)設(shè)置不正確而造成汽輪機膨脹不均問題，應(yīng)對設(shè)備參數(shù)進行及時調(diào)整，同時在設(shè)備使用時間方面加以關(guān)注。

（四）動靜摩擦的處理方法

受動靜摩擦因素造成汽輪機振動問題時，需要機組設(shè)計人員基于設(shè)計原則的遵循為出發(fā)點，對汽輪機運行時各項參數(shù)進行認真計算并考慮；而對于運行過程的汽輪機來說，需要機組人員注意操作規(guī)程的嚴格遵守，避免對汽輪機工作效率過于盲目追求。日常維護過程，應(yīng)在潤滑油及時補充方面加以注意，幫助汽輪機潤滑性有效增強。值得注意的是，運行一段時間的汽輪機，不可避免會有局部摩擦問題產(chǎn)生，所以應(yīng)注意定期檢查工作的積極開展，在發(fā)現(xiàn)存在嚴重摩擦的情況下，應(yīng)采取有效措施進行制止和解決，如及時更換摩擦嚴重的零部件等，避免受摩擦影響而嚴重阻礙機組正常運行。

四、結(jié)束語

通過對汽輪機運行過程中出現(xiàn)的問題進行分析總結(jié)，及時判斷汽輪機振動高的原因，并結(jié)合實際情況進行調(diào)整優(yōu)化，及時有效地解決了汽輪機振動高的問題，為汽輪機長期運行積累了寶貴的經(jīng)驗，從而確保機組長周期穩(wěn)定運行。