孫京偉

（國電電力大同第二發(fā)電廠（公司），山西 大同 037043）

振動(dòng)是汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中最常見的主要故障之一，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成振動(dòng)事故。從目前許多地區(qū)的消振和振動(dòng)事故原因分析，主要還是個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和直覺進(jìn)行，因而走了不少彎路。機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)在很大程度上決定了汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行是否可靠，或者說機(jī)組的振動(dòng)參數(shù)是表示汽輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的最重要的指標(biāo)之一。

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，汽輪發(fā)電機(jī)組的大部分事故，特別是比較嚴(yán)重的設(shè)備損壞事故，都會(huì)有某種異常振動(dòng)的前兆，而且在毀機(jī)的過程中都毫無例外地表現(xiàn)出劇烈的振動(dòng)。如果運(yùn)行人員能夠根據(jù)振動(dòng)的參數(shù)變化及時(shí)地對(duì)機(jī)組發(fā)生振動(dòng)的原因作出正確的判斷和恰當(dāng)?shù)奶幚?，就能夠有效地防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，從而避免或減少事故造成的危害。因此，如果汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生的異常振動(dòng)現(xiàn)象，必須認(rèn)真、謹(jǐn)慎地對(duì)待。作為汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行人員，尤其是大功率、高參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行人員，系統(tǒng)地掌握有關(guān)機(jī)組的振動(dòng)知識(shí)是非常必要的。

1 關(guān)于振動(dòng)的基本知識(shí)

所有物體或機(jī)件都有一定的質(zhì)量和彈性，而本身具有彈性的質(zhì)量或是與它相連接的彈性部分的組合體，就被稱為彈性系統(tǒng)。當(dāng)彈性系統(tǒng)中的物體，處在穩(wěn)定狀態(tài)下受到一次外力的擾動(dòng)后，它就會(huì)以一定的頻率在原來靜止位置為中心作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就被稱為振動(dòng)。因此，振動(dòng)在彈性系統(tǒng)中存在。而機(jī)械振動(dòng)可概括為物體的位置周期性的離開其系統(tǒng)中的原定位置。

2 振動(dòng)造成的危害

當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生過大振動(dòng)時(shí)，造成的傷害主要表現(xiàn)在對(duì)設(shè)備和人身兩個(gè)方面。具體從如下幾個(gè)方面論述。

2.1 轉(zhuǎn)子和靜子部分發(fā)生摩擦

隨著機(jī)組單機(jī)容量的增大和對(duì)高效率的要求，汽輪機(jī)流通部分的間隙，特別是徑向間隙越來越?。ǖ陀?00 μm），在較大振動(dòng)下，會(huì)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子部分的摩擦。這不僅造成部分轉(zhuǎn)子和靜子的損壞，而且當(dāng)摩擦造成汽封間隙變大后，增大了轉(zhuǎn)子的軸向推力，引起推力瓦油溫升高，甚至?xí)l(fā)生推力瓦損壞事故。如果摩擦直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，還會(huì)造成轉(zhuǎn)子的熱彎曲，使軸和軸承的振動(dòng)進(jìn)一步增大，擴(kuò)大破壞程度，還會(huì)引起轉(zhuǎn)軸的永久彎曲。

2.2 加速某些部件的磨損和產(chǎn)生偏磨

因振動(dòng)而產(chǎn)生不均勻磨損的部件，對(duì)靜止部件來說，主要是加速滑銷系統(tǒng)的磨損。振動(dòng)之所以會(huì)使這些部件加速磨損或偏磨，是由于動(dòng)靜部件或兩個(gè)部件之間存在著差別振動(dòng)，而且這個(gè)差別振動(dòng)的方向?qū)D(zhuǎn)子來說是一定的，它由轉(zhuǎn)子上的擾動(dòng)力的方向所決定（在一定轉(zhuǎn)速下）。這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件在定向差別振動(dòng)的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的某一方向磨損較其他方向較大，因而產(chǎn)生偏磨。例如，發(fā)電機(jī)滑環(huán)和勵(lì)磁機(jī)整流子橢圓度過大，將使電刷冒火；滑銷系統(tǒng)磨損后，會(huì)使機(jī)組膨脹蠕變。

2.3 動(dòng)靜部件的疲勞損壞

振動(dòng)會(huì)使某些部件產(chǎn)生過大的動(dòng)應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力變形，造成疲勞損壞，事故擴(kuò)大。這種疲勞損壞雖然要有一個(gè)時(shí)間過程，但是隨機(jī)部件上應(yīng)力的增大，時(shí)間過程就會(huì)隨之縮短。所以有些機(jī)組部件盡管只是在起停過程中發(fā)生了幾次大振動(dòng)，但也能使某一些部件發(fā)生疲勞損壞。

由于振動(dòng)而使零件發(fā)生疲勞損壞的，以軸瓦烏金破裂較多。主要原因是由于軸頸和軸瓦的振動(dòng)差別太大，軸頸在軸瓦內(nèi)發(fā)生撞擊后，引起局部廢勞而產(chǎn)生表面破裂、剝落或脫胎。當(dāng)剝落下來的烏金塊落入間隙時(shí)，會(huì)把軸瓦烏金輾壞或引起整個(gè)軸瓦的損毀。

2.4 某些緊固件的斷裂和松脫

過大振動(dòng)使軸承座地腳螺絲斷裂和某些零件發(fā)生松動(dòng)而脫落，失去它原有的固定功能，從而使機(jī)組發(fā)生事故。振動(dòng)過大使緊固發(fā)生松動(dòng)間接引起的另一個(gè)現(xiàn)象是使基礎(chǔ)松動(dòng)，軸承座剛度降低，軸承振動(dòng)進(jìn)一步增大。這種現(xiàn)象也比較多見，有時(shí)還會(huì)引起基礎(chǔ)和周圍建筑物產(chǎn)生裂紋。

2.5 機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性降低

汽輪機(jī)汽封間隙越大，汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性就越降低。

2.6 直接或間接造成設(shè)備事故

當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生過大振動(dòng)時(shí)，危急保安器或機(jī)組的其它保護(hù)儀表的正常工作將直接受到影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起這些部件的誤動(dòng)作，直接造成事故停機(jī)。例如，美國在1965年投運(yùn)的一臺(tái)1000MW雙軸汽輪發(fā)電機(jī)組，就因發(fā)電機(jī)定子鐵芯振動(dòng)過大和定子繞組端部絕緣塊發(fā)生問題，連續(xù)兩次發(fā)生設(shè)備重大事故。對(duì)于水冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，振動(dòng)過大會(huì)引起水管斷裂，引起冷卻水泄漏事故。

2.7 對(duì)人身的危害

振動(dòng)對(duì)人體的危害也很嚴(yán)重。過大的機(jī)械振動(dòng)和噪聲，對(duì)值班人員的生理會(huì)產(chǎn)生不利的影響?？紤]振動(dòng)和噪聲對(duì)人體的影響時(shí)，要涉及機(jī)械和心理兩種效應(yīng)。據(jù)資料介紹，從承受振動(dòng)和沖擊的角度出發(fā)，人體也可被看作一個(gè)簡(jiǎn)化的機(jī)械系統(tǒng)。過大的振動(dòng)在多數(shù)情況下會(huì)引起運(yùn)行人員有明顯的疲勞感，降低工作效率，并且降低預(yù)防、判斷和處理事故的能力。

從振動(dòng)造成的主要危害出發(fā)，不僅額定轉(zhuǎn)速下的過大振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生這些危害，而且在啟動(dòng)和停機(jī)過程中所發(fā)生的過大振動(dòng)，也有類似的危害。因?yàn)榧词拱l(fā)生過大振動(dòng)的時(shí)間很短，也同樣會(huì)造成動(dòng)靜部分摩擦，經(jīng)多次啟停后發(fā)生大的振動(dòng)，也能使某些緊固件松脫和某些部件的疲勞損壞。因此，在機(jī)組啟動(dòng)中，當(dāng)臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)很大時(shí)，過去不是從降低臨界轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)著手，而是采用沖臨界轉(zhuǎn)速的方法，這種從振動(dòng)對(duì)機(jī)組的危害考慮是極為有害的。在升速過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，雖然可以用加速的方法沖臨界轉(zhuǎn)速，使軸承振動(dòng)得不到發(fā)散，但在停機(jī)過程中，就難以避免在臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生過大振動(dòng)。實(shí)際上這種沖臨界轉(zhuǎn)速的起動(dòng)方式，是早先轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)非常落后時(shí)的起動(dòng)方法。當(dāng)前平衡技術(shù)已經(jīng)提高，一般無需花多大的精力就可以使轉(zhuǎn)子在各個(gè)臨界轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)保持在要求范圍內(nèi)，因而無須采用沖臨界轉(zhuǎn)速的辦法。對(duì)臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)較大的機(jī)組，應(yīng)該從改善轉(zhuǎn)子平衡工藝著手來消除振動(dòng)。過去調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡只考慮工作轉(zhuǎn)速下的軸承振動(dòng)，而對(duì)于轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下的軸承振動(dòng)很少考慮，這是不合理的。

3 機(jī)組振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)警和跳閘值整定

3.1 以軸承振幅為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

這是一種最早的評(píng)定機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的方法，它的形成與振動(dòng)測(cè)量技術(shù)發(fā)展歷史直接相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)本身是在統(tǒng)計(jì)和總結(jié)長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的，而且經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，所以這種評(píng)定機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的方法是可靠的。因此直到目前為止，不論是國內(nèi)還是國外，仍廣泛應(yīng)用。

我國在1954年制定的《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》中就正式規(guī)定了在電廠運(yùn)行的1 500 r/min、3 000 r/min汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，該法規(guī)在1957年、1959年和1980年又重新作了修訂，但機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)一直未變，如表1所示。

表1 《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》中規(guī)定的汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅，μm）

表1的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)、后來乃至目前，對(duì)于防止運(yùn)行機(jī)組發(fā)生振動(dòng)過大事故起了很好的作用。

3.2 以轉(zhuǎn)軸振幅為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

為了克服以軸承振動(dòng)為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)不能正確反映轉(zhuǎn)軸振動(dòng)狀態(tài)的缺點(diǎn)，不少專家提出采用以轉(zhuǎn)軸振動(dòng)為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)定機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。隨后，由于振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)測(cè)量在現(xiàn)場(chǎng)獲得廣泛應(yīng)用。

3.2.1 VDI-2059和ISO7919/1-1986標(biāo)準(zhǔn)

如表2所示。

3.2.2 ISO DIS7919/2的規(guī)定

如表3所示。

VDI-2059和ISO7919/1-1986是以測(cè)量平面內(nèi)軸心軌跡最大位移單峰值，作為評(píng)價(jià)機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，而ISO DIS7919/2則以兩個(gè)相互垂直方向上軸振最大位移的峰值作為評(píng)價(jià)機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 VDI-2059汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（μm）

表3 ISO DIS7919/2轉(zhuǎn)軸振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅）

轉(zhuǎn)軸振動(dòng)（相對(duì)）絕對(duì)值，分為A、B、C3個(gè)區(qū)域，或稱3個(gè)等級(jí)。A區(qū)：軸振小于該值，可認(rèn)為機(jī)組振動(dòng)良好；B區(qū)：軸振小于該值，可認(rèn)為機(jī)組振動(dòng)合格，可以長(zhǎng)期運(yùn)行，但超過此值，應(yīng)發(fā)出報(bào)警；C區(qū)：軸振小于該值，機(jī)組可以短時(shí)間地運(yùn)行，但應(yīng)發(fā)出警報(bào)，并應(yīng)盡快采取消振措施。如果軸振超過此值，應(yīng)跳閘停機(jī)。

3.3 以軸承振動(dòng)烈度為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

所謂軸承振動(dòng)烈度，是指軸承振動(dòng)速度的均方根值，單位是mm/s.因?yàn)椴捎靡哉駝?dòng)烈度為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，并沒有克服以軸承振動(dòng)為尺度的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)所存在的弊病，而且還帶來了一個(gè)不直觀的振動(dòng)量值觀念，對(duì)此目前還有許多人持不同看法，所以此處不再詳細(xì)介紹。

3.4 機(jī)組振動(dòng)報(bào)警和跳閘值整定

機(jī)組振動(dòng)報(bào)警和跳閘是與機(jī)組振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)相平行的一個(gè)問題，它不僅是集中控制機(jī)組調(diào)試內(nèi)容之一，而且也是一般運(yùn)行機(jī)組安全控制的重要指標(biāo)之一，目前國內(nèi)還沒有制定這一規(guī)范，因此新機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行規(guī)程修訂，常為允許最大振動(dòng)而發(fā)難。

3.4.1 振動(dòng)報(bào)警和跳閘值整定原則

機(jī)組振動(dòng)達(dá)到報(bào)警和跳閘值，并不意味著機(jī)組已經(jīng)處于危機(jī)狀態(tài)，作為報(bào)警值設(shè)計(jì)意圖，是讓運(yùn)行人員把注意力集中到振動(dòng)特性變化方面來，迫使他們考慮振動(dòng)故障原因，并隨時(shí)準(zhǔn)備采取可能的糾正性操作；當(dāng)振動(dòng)達(dá)到跳閘值時(shí)，如不再停機(jī)，機(jī)組振動(dòng)增大將危及機(jī)組的安全。從目前統(tǒng)計(jì)來看，振動(dòng)跳閘近似為振動(dòng)報(bào)警值的1.5～2.0倍，而且還要考慮到當(dāng)振動(dòng)達(dá)到跳閘值時(shí)，切斷汽源停機(jī)過程中振動(dòng)還會(huì)繼續(xù)增大，此時(shí)應(yīng)保證機(jī)組仍能承受將發(fā)生的振動(dòng)，即機(jī)組不會(huì)產(chǎn)生明顯的損傷。

3.4.2 振動(dòng)報(bào)警和跳閘值整定

振動(dòng)報(bào)警和跳閘值是與所有運(yùn)行機(jī)組直接有關(guān)的安全控制的重要指標(biāo)，目前國內(nèi)只有在《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》（DL5011—92）附錄N中，推薦了ISO DIS7919/2規(guī)范。

4 實(shí)際應(yīng)用

大同第二發(fā)電廠（公司）7#和8#機(jī)組是國內(nèi)首臺(tái)2×600 MW直接空冷機(jī)組，采用東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與英國三井-巴布科克公司（MB）技術(shù)合作設(shè)計(jì)制造的DG2060/17.6-II1型亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐。鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的汽包爐。汽輪機(jī)系哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的國內(nèi)首臺(tái)NZK600-16.7/538/538型空冷一次中間再熱、四缸四排氣、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司制造的QFQS-600-2YH（G）型三相交流隱極式同步發(fā)電機(jī)。

汽輪發(fā)電機(jī)主機(jī)軸振動(dòng)系統(tǒng)使用的是Bently330103電渦流傳感器，TSI使用的Bently3500測(cè)量系統(tǒng)，在汽輪機(jī)前箱至發(fā)電機(jī)端的10個(gè)軸瓦上，各安裝了X與Y且與水平成45°的兩支傳感器，共20個(gè)傳感器。接收信號(hào)模件為3500/42M，每一模件接收4路信號(hào)，共使用5塊3500/42M模件。出口繼電器模件為3500/32，每塊模件有4個(gè)出口繼電器。1至10瓦20支傳感器單支信號(hào)高或邏輯實(shí)現(xiàn)停機(jī)，動(dòng)作值為254 μm.機(jī)組同時(shí)配置北京華科同安TN8000振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

在發(fā)電廠的全部發(fā)電監(jiān)測(cè)設(shè)備中，振動(dòng)作為一個(gè)主要設(shè)備性能監(jiān)測(cè)指標(biāo)是必不可少的，需要不斷發(fā)展，才能更智能、更真實(shí)地反應(yīng)機(jī)組的真實(shí)情況，杜絕誤報(bào)誤發(fā)，在這方面還需要更進(jìn)一步。