汽輪機軸承振值高的原因分析與處理

祁宏濤(甘肅劉化(集團)有限責任公司，甘肅 永靖 731603)

1 汽輪機振動的原因分析

1.1 汽輪機設計與制造問題

在汽輪機的設計制造過程中，由于設計技術水平和制造工藝技術的限制，現有制造工藝的限制，無法滿足設計工藝設計的加工精度。尤其是對汽輪機轉子及其他零部件的高精度要求，不能滿足設計標準的要求，因而不能滿足高速、低速、平穩測試的測試要求，容易產生轉子。機組實際運行中出現的離心問題會導致其振動故障[1]。

1.2 汽輪機等設備安裝工藝的影響

汽輪機及其他設備安裝工藝的影響，影響其安裝質量的主要因素包括：安裝施工現場的環境因素、安裝人員的整體技術水平、安裝規劃、安裝工藝是否合理。但在實際的安裝計劃制定過程中，可能會出現不適當的工序問題。安裝人員專業技術水平參差不齊，容易出現與安裝規格不符、誤差等問題，相關監管人員對施工過程沒有嚴格監督，在安裝過程中容易出現問題。有時還會發生接觸和碰撞，因為零件之間的間隙不符合標準。出現零件，長時間運轉零件膨脹，摩擦增大，潤滑系統故障[2]。

1.3 汽輪機運行及調整中的振動原因

在調速過程中振動的原因是油膜振動是在高速旋轉條件下汽輪機轉子發生故障，影響轉子的穩定性。當旋渦速度達到危險速度時，共振將增大，嚴重時會出現劇烈振動。機組振動也有可能引起油膜振動。振速增大，振幅也明顯增大。當振動頻率與發電機危險速度一致時，其振動頻率不受速度的影響。油膜的振動也會產生低頻組分，軸系液壓將發生較大的變化，軸承會產生較大的金屬撞擊聲。第一，當機組運行負荷超過定點時，軸的振動將大大增加。反之，如果通過減載降低到低于此值，振動就會大大降低。而且，出現了上述強振動與高壓轉子的一次危險速度相同或稍低的現象。通過對以上特征的分析，首先發現汽輪機運行中氣體不平衡對葉片產生影響。在大批量的安裝中，尾部葉片端部湍流會產生蒸汽流。由于蒸汽流動，軸封也可能會振動。

1.4 汽輪機運行檢修與保養問題

根據發大修計劃，汽輪機運行需要定期大修，某些部件如出現故障，還需進行排除。汽輪機還需要按照大修計劃進行日常運行。執行檢查，處理日常所需清洗及保養部件[3]。然而，在維修過程中，由于維修人員缺乏責任心，不嚴格按規范操作，極易產生安全隱患，日常檢修與維護技術不十分合理，同時也容易出現故障，如不能有效控制排氣管溫度，軸承溫度就會過高，容易出現振動故障。此外，軸承在轉動過程中若形成油膜，將會影響渦輪轉子的穩定性，造成振動故障。

例如：北侖電廠二號機組是由法國GEC-AL-STHOM設計制造的600 MW機組。自營業以來，10號瓦經歷了多次震蕩。1995年5月8日，在550 MW負荷處，工人發現振動緩慢。減載過程中，上體最大振動迅速達到122微米，隨后手動關閉。盡管長期暴露在10塊瓦片的振動中，觀察和試驗結果表明，密封油溫對振動基本無影響，其他因素對其影響不大。當密封油溫超過51 ℃(如圖1所示)時，相角基本不變，振幅在30 μm以內可有效地抑制振動變化。通常情況下，密封油溫由51 ℃降至45 ℃時，振動開始發生變化(如圖2所示)，相位角不斷變化，振幅增大，但會增大到一定值。這是典型的摩擦振動，有密封環與轉子的動靜碰磨引起，但并不嚴重。

圖1 密封油溫超過51 ℃示意圖

圖2 振動發生變化示意圖

2 汽輪機振動處理對策

2.1 完善工作人員管理制度

對汽輪機安裝和建造單位加強專業技能培訓，具有較高的專業水平和綜合素質隊伍，結合專業理論知識水平和建設現場實踐能力，對建筑工地的監督人員及相關技術監督人員，必須從汽輪機及其組件的質量、建筑人員專業技能水平等方面，在汽輪機機組安裝和建設的全過程進行質量控制。當汽輪機運行中出現油膜振動時，應采取以下故障處理措施。第一，增大軸瓦的比壓力。第二，減小軸承墊上間隙。增大上軸承合金寬度，軸頸與軸承襯套間的接觸角減??；最后，降低潤滑油的動態粘度，即油溫升高或潤滑選擇。粘性很低的油并且，可以降低轉子原有的不平衡成分，采用平衡法[4]。

2.2 提高汽輪機及其零部件的設計水平

汽輪機及其相關零部件的研究應把研究重點轉向汽輪機主要部件和精密部件。為進一步提高效率，采用級數、轉子直徑、反應度等設計參數對其進行優化設計，以開發與之相適應的葉型。而在水輪機高壓級上，葉片的長度較短，且葉片高度方向上的邊界層和二次流動面積所占的比例較大，必須考慮其流動特性。蒸汽以相對速度流入葉片，即靜止葉片出口的絕對速度和旋轉葉片的圓周速度?？梢钥闯觯~片相對速度方向距離轉子葉型進口角越遠，葉型損失越大。另外，轉子葉相對流入角由于需要實際考慮邊界層和二次流的影響，很難按期望的高精度設計。將強化設計方法、反問題設計方法、二維湍流分析技術集成到葉片形狀設計中，為適應流入角的變化，采用了緩慢損耗特性的圓頭轉子葉片。

2.3 注意外部環境因素

凝汽器的換熱過程是通過循環水泵提供的循環冷卻水將汽輪機排氣口排出的乏汽冷凝成水，當環境發生變化導致循環冷卻水溫度產生變化時，凝汽器的背壓就會發生變化，進而對凝汽器的換熱面積產生影響。在關注外部環境因素的同時，能夠進行良好的自我調節。對汽輪機檢測與維修人員應加強汽輪機振動故障危險性的教育，并加深對其危害的認識。定期舉辦相關的安全教育和實際案例分析，不斷學習業界及其他相關公司的先進技術及維修方法，加強技術交流與員工間的溝通，全面提高員工的責任意識和整體素質，以員工較低的專業水平或工作失誤帶動4號機組汽輪機是發電系統的重要部分，在運行中容易發生振動故障，影響發電系統的穩定性和發電效率。在設計、質量、安裝、運行等方面存在著一定的問題，需要改進汽輪機及其零部件的設計處理水平，以確保其振動故障的發生[5]。

2.4 調節汽輪機轉速

在正常運行時必須注意控制小汽輪機的轉速，避免共振速度。因此，有必要從控制的角度研究小型汽輪機調速邏輯。不但適應爐子負壓調節，而且速度調節過程更平穩。不要給汽輪機施加更強的交變應力。所以要注意機組的蒸汽驅動汽輪機的速度，以產生正常頻率的振動。在高負荷情況下，機組應選擇高熱量煤混煤，加強煙道及低溫節能器的黑煙噴吹，加強煙道阻力監測，防止阻力上升，使渦輪轉速升高；選擇合適的吹煤時間，降低汽輪機軸承的軸向振動，減少蒸汽的軸向振動，避免煤粉高負荷、高速吹等。測得的振動，還可發現軸向振動過大。它的振動特點是頻率和速度相等，軸向振動的大小與轉子柔軟度成正比，每個軸承的振動相取決于轉子彈性線的形狀。兩軸承軸向振動的臨界速度是相反的。在兩個臨界速度附近，兩個軸承軸向振動相同。軸向振動按特殊情況可分為振動現象。在彎轉子旋轉時，軸頸發生偏轉，使軸套內油膜支承中心呈周期變化，從而產生軸承座的軸向振動與軸承座幾何中心不一致[6]。柔性轉子旋轉時，軸瓦和軸承座會相應偏轉，而軸承不能跟隨軸承的軸向振動。由于前兩種振動原因，上面已作了說明，因此這里不再重復。因軸承殼體不穩定而引起振動，為及時發現，可及時發現。振動在線監測目前裝備有軸向監測裝置，振動在線監測為振動監測與分析創造了良好的條件。要實現振動的在線監測，就必須對異常振動進行對比分析，找出振動原因，做好工作。如發現設備異常振動，應立即進行現場檢測。為了防止振動超出規定的極限，應在停止時間內停止。

3 結語

振動產生的原因是十分復雜的，而且每個汽輪機組的情況也都不同，因此需要針對每一個機組，進行一系列的試驗，找出振動的規律，做好記錄工作，結合運行與檢修時的資料，進行綜合分析，才能找到振動的原因，加以消除。在生產運行中，還必須做好振動監測工作。避免異常振動的發生，確保整個的正常運行。