汽輪機(jī)運(yùn)行振動(dòng)危害與解決措施

李宏偉

（內(nèi)蒙古赤峰市赤峰熱電廠有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

引言

對(duì)于電廠而言，汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)方面的問題，有時(shí)難以進(jìn)行控制，如果機(jī)組存在某一些缺陷，那么必然會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)較大的振動(dòng)問題，使汽輪機(jī)內(nèi)各個(gè)組件出現(xiàn)松動(dòng)，最終會(huì)導(dǎo)致基座和氣缸等設(shè)施的剛度不斷減弱，如果無法及時(shí)控制，那么必然會(huì)導(dǎo)致其汽輪機(jī)組出現(xiàn)較大的振動(dòng)問題。此外隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的精密程度越來越高，內(nèi)部零件耦合狀態(tài)的要求也更加明顯。一旦某個(gè)零部件發(fā)生故障，將會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)鏈。對(duì)于汽輪機(jī)來說，可以通過觀察其振動(dòng)情況來判斷內(nèi)部零件是否出現(xiàn)松動(dòng)和發(fā)生故障。若汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)過大，則表明該汽輪機(jī)出現(xiàn)故障，必須立即診斷維修。影響汽輪機(jī)振動(dòng)的因素有很多，因此，準(zhǔn)確排查故障原因，給出解決措施，對(duì)企業(yè)有著重要意義。

一、對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)特性進(jìn)行分析

針對(duì)汽輪機(jī)而言，主要作為重要的工業(yè)設(shè)備，其工作性質(zhì)是高溫和高壓以及高速的，由于長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)裝置經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障問題，嚴(yán)重的對(duì)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來直接影響，汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)較為復(fù)雜的誤差之一，裝置振動(dòng)通常會(huì)受到多個(gè)方面因素所帶來的影響，例如汽輪機(jī)的參數(shù)和油溫以及油質(zhì)等出現(xiàn)變化會(huì)導(dǎo)致其機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)，所以需要詳細(xì)分析汽輪機(jī)振動(dòng)的原因，只有在已經(jīng)知道的條件下結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)分析汽輪機(jī)振動(dòng)情況，對(duì)其做出相應(yīng)的總結(jié)，才能決定采取哪種方法進(jìn)行檢修。

二、分析汽輪機(jī)振動(dòng)故障

（一）分析動(dòng)靜部位摩擦

通常情況下，動(dòng)靜部位摩擦分為局部碰摩和整周碰摩。一是動(dòng)靜局部碰摩特點(diǎn)。輕微碰摩以及振動(dòng)幅度不便，嚴(yán)重碰摩振幅減少，碰摩增加，諧波分量也出現(xiàn)增加現(xiàn)象。碰摩造成不平衡質(zhì)量點(diǎn)位置不斷發(fā)生改變，使得相位也發(fā)生變化。二是動(dòng)靜整周碰摩特征。轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)頻率變高；軸頸中心向軸承內(nèi)部間隙圓中心偏移；1×頻最大振幅為摩擦點(diǎn)截面間隙圓。造成動(dòng)靜部位碰摩的原因主要有以下幾個(gè)：首先是再設(shè)計(jì)或安裝的過程中，動(dòng)靜間隙比較小；其次是轉(zhuǎn)子振幅較大，還有可能是因?yàn)檩S系存在問題，從而引起轉(zhuǎn)子偏斜，最終出現(xiàn)摩擦的情況。

（二）分析轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

對(duì)于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量而言，不平衡的特點(diǎn)存在多種，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因是多種多樣的，綜合分析，主要包括以下幾個(gè)方面：一是熱彎曲。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后，其轉(zhuǎn)速會(huì)下降。當(dāng)下降到臨界值時(shí)再啟動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生更大振幅，從而出現(xiàn)汽輪機(jī)振動(dòng)。轉(zhuǎn)子在不同狀態(tài)下的波特圖能夠幫助判斷是否發(fā)生熱彎曲。此外，轉(zhuǎn)子材料的熱應(yīng)力、氣缸進(jìn)水等原因都會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。二是原始性不平衡。這類不平衡在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)前便是存在的，在加工或者是檢修的過程中將會(huì)遺留下來，其特征主要是振幅和相位受其他參數(shù)影響不大，振動(dòng)特征較穩(wěn)定。三是零部件的松動(dòng)、飛脫。轉(zhuǎn)子上可能發(fā)生飛脫、松動(dòng)的零部件有平衡質(zhì)量塊、葉片和護(hù)環(huán)等。當(dāng)零部件發(fā)生飛脫時(shí)，振幅呈突發(fā)性的變動(dòng)，迅速增大到某一固定值。在此之外，如果機(jī)組帶有負(fù)荷時(shí)，較為容易出現(xiàn)這種類型的故障問題。

（三）分析異步振動(dòng)

對(duì)于異步振動(dòng)而言，主要分為了油膜震蕩和蒸汽激勵(lì)震蕩。一是油膜震蕩主要是由渦輪動(dòng)所引起的。油膜渦動(dòng)主要是軸頸位置隨著滑動(dòng)軸承載荷的變化而變化。在變化過程中，產(chǎn)生慣性力，軸頸在外載荷作用下，使得軸頸中心線相對(duì)于平衡位置發(fā)生渦動(dòng)。由于油膜支承著軸頸，因此發(fā)生油膜渦動(dòng)時(shí)，油膜會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定或遭到破壞，最終引發(fā)共振，即油膜振蕩。主要故障特征：轉(zhuǎn)速增加時(shí)，振幅并不會(huì)隨之下降，在轉(zhuǎn)速降低到兩倍臨界轉(zhuǎn)速以下的情況下，將會(huì)出現(xiàn)停止的情況。軸心渦動(dòng)方向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向是一致的，軸心軌跡變化的范圍增加，同時(shí)呈現(xiàn)出紊亂的情況。二是蒸汽激勵(lì)震蕩問題出現(xiàn)的原因主要是由于靜子變形，或者轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子間的徑向間隙發(fā)生偏差，產(chǎn)生一個(gè)切向力，使得轉(zhuǎn)子渦動(dòng)，最終造成蒸汽激勵(lì)振蕩。主要故障特征：容易在高壓轉(zhuǎn)子上發(fā)生；軸心軌跡為橢圓；頻帶寬，振動(dòng)出現(xiàn)的概率高；正向渦動(dòng)，頻率為0.6×-0.9×。

（四）分析轉(zhuǎn)子中心不對(duì)中

一是聯(lián)軸器存在不對(duì)中。聯(lián)軸器不對(duì)中主要包括組合不對(duì)中以及角度不對(duì)中和平行不對(duì)中等。在這其中，平行不對(duì)中引發(fā)的振動(dòng)頻率主要為轉(zhuǎn)子基頻的兩倍，角度不對(duì)中使其轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向基頻振動(dòng)。組合不對(duì)中則是上述兩種不對(duì)中的組合情況。聯(lián)軸器不對(duì)中的主要故障特征：振幅隨著負(fù)荷的増加而增大（平行不對(duì)中）；易引起工頻振動(dòng)（角度不對(duì)中）；徑向和軸向聯(lián)軸器兩側(cè)相位差為180°（組合不對(duì)中）。二是軸承不對(duì)中。軸承不對(duì)中是因?yàn)檩S承負(fù)荷不對(duì)中，導(dǎo)致軸承上下和左右位置出現(xiàn)了偏差，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)失穩(wěn)。其主要故障特征：徑向振動(dòng)出現(xiàn)2×頻；軸承的油膜壓力變化成反方向；軸心運(yùn)動(dòng)軌跡為香蕉形；出現(xiàn)高次諧波；負(fù)荷變化時(shí)振動(dòng)會(huì)發(fā)生改變。

（五）分析轉(zhuǎn)子裂紋

一是受熱應(yīng)力的影響。熱應(yīng)力的來源可能是因?yàn)樵O(shè)備頻繁的啟用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子啟停過程中出現(xiàn)較大的溫差變化，最終形成熱應(yīng)力。二是應(yīng)力集中。主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的材料、加工設(shè)計(jì)與安裝過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。三是轉(zhuǎn)子受到腐蝕。蒸汽中帶有腐蝕性物質(zhì)，轉(zhuǎn)子長期處于這種環(huán)境就會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

（六）分析轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油

轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的原因主要包括以下方面：首先沒有及時(shí)的清理殘余油；其次是大軸端的堵頭沒有擰緊，從而形成內(nèi)外壓力差，導(dǎo)致潤滑油流入空中，轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油，引發(fā)汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因不明，目前主流觀點(diǎn)如下。一是中心孔內(nèi)的油轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)軸，然后引發(fā)同步激振，最終產(chǎn)生差振動(dòng)。二是中心孔內(nèi)液體的離心力能夠分解出一個(gè)切向力，與渦動(dòng)方向相同，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速＞臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生同步失穩(wěn)。三是轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在溫差，產(chǎn)生熱彎曲的情況，從而引起震動(dòng)加大，不管是上述哪種觀點(diǎn)正確，轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油震動(dòng)的故障特點(diǎn)都是一樣的，即1×頻振幅值增大，易發(fā)生在新機(jī)調(diào)試階段或維修后。

三、分析汽輪機(jī)振動(dòng)故障問題解決措施

（一）需要重視汽輪機(jī)的安裝和檢修工作

對(duì)于汽輪機(jī)而言，在實(shí)際進(jìn)行安裝的過程中，因?yàn)椴僮鞑缓侠恚啓C(jī)在日后運(yùn)行的過程中所出現(xiàn)的概率是相對(duì)比較大的，這點(diǎn)主要是由于工作人員的失誤，可能會(huì)導(dǎo)致異步振動(dòng)和轉(zhuǎn)子中心不對(duì)稱、墊鐵與臺(tái)板存在間隙等現(xiàn)象。因此，為確保汽輪機(jī)正常運(yùn)行，首先在安裝的過程中，找準(zhǔn)汽輪機(jī)組的中心位置，切忌出現(xiàn)位移。其次是定期安排檢修工作，排查安全隱患，出現(xiàn)常見的故障特征，要立即采取緊急維修措施。最后是在安裝或檢修后必須進(jìn)行試運(yùn)行，當(dāng)汽輪機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)都滿足使用需求且不出現(xiàn)故障特征時(shí)，才能移交進(jìn)行生產(chǎn)和投入到實(shí)際應(yīng)用中。此外汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，如果出現(xiàn)異常振動(dòng)的問題，必須要及時(shí)找到問題原因，只有將其振動(dòng)控制在合理的范圍內(nèi)，才能繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)工作，與此同時(shí)汽輪機(jī)在開始生產(chǎn)前，要先進(jìn)行暖機(jī)，提高其在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

（二）提高對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)視

為了能夠更好地保證汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)視工作是必不可少的內(nèi)容，這也是預(yù)防汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵所在。比如通過安裝軸承振動(dòng)測量裝置、大軸振動(dòng)測量裝置來檢測汽輪機(jī)振動(dòng)情況。這類裝置能夠?qū)ζ啓C(jī)的振動(dòng)情況產(chǎn)生反饋，當(dāng)汽輪機(jī)振動(dòng)頻率超過設(shè)定值時(shí)，裝置會(huì)發(fā)出警報(bào)，從而以最快速度通知維修人員進(jìn)行搶修，要及時(shí)停機(jī)處理，在一定程度上避免機(jī)組出現(xiàn)損失擴(kuò)大現(xiàn)象。

（三）合理的應(yīng)用傳感器提高對(duì)汽輪機(jī)的保護(hù)

對(duì)于完善的振動(dòng)保護(hù)裝置而言，包括多種傳感器，比如位移傳感器、溫度傳感器和重力傳感器等等，通過合理的應(yīng)用這些傳感器，能夠組成監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)以及信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)又組合到一起，成為保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。當(dāng)汽輪機(jī)振動(dòng)超過臨界值時(shí)，裝置能夠發(fā)出脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)主汽門的自動(dòng)關(guān)閉，汽輪機(jī)的緊急停機(jī)。近年，隨著各行各業(yè)都在開展自動(dòng)化控制，保護(hù)裝置對(duì)汽輪機(jī)的重要性不言而喻。所以對(duì)于企業(yè)而言，需要提高對(duì)保護(hù)裝置自動(dòng)化的研究力度，在一定程度上不斷加強(qiáng)保護(hù)動(dòng)作的安全性以及可靠性。

總結(jié)

總而言之，現(xiàn)如今隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速的發(fā)展，使我國各行業(yè)都在不斷發(fā)展，電廠便是其中之一，在電廠實(shí)際運(yùn)行的過程中，汽輪機(jī)的振動(dòng)問題一直都是存在的，這些問題的存在將會(huì)對(duì)電廠穩(wěn)定發(fā)展帶來較大的影響，同時(shí)汽輪機(jī)的振動(dòng)問題出現(xiàn)也會(huì)對(duì)汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響，振動(dòng)現(xiàn)象普遍存在于汽輪機(jī)運(yùn)行中且無法被消除，但應(yīng)將振動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)。若機(jī)組振動(dòng)過大，會(huì)導(dǎo)致零部件松動(dòng)，降低軸承與基座間的連接剛度，危急整個(gè)電力供汽系統(tǒng)，最終被迫停機(jī)。因此，工作人員要熟知汽輪機(jī)振動(dòng)故障現(xiàn)象，及時(shí)找出振動(dòng)原因，進(jìn)一步采取科學(xué)合理的手段減小振動(dòng)，確保汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，使其能夠全面的提高電廠運(yùn)行的整體效率，不斷促進(jìn)電力企業(yè)快速穩(wěn)定的發(fā)展，只有這樣才能為人們提供出充足的電力資源。