韓志偉 馬亦飛

（內(nèi)蒙古烏海市北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的危害

振動(dòng)是指一種周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，處在高速旋轉(zhuǎn)下的汽輪發(fā)電機(jī)組，在正常運(yùn)行中總是存在著不同程度和方向的振動(dòng)。對(duì)于振動(dòng)，我們希望它愈小愈好。對(duì)設(shè)備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動(dòng)，都是指對(duì)設(shè)備有危害，超出了允許范圍的振動(dòng)。

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大時(shí)可能引起的危害和嚴(yán)重后果如下：機(jī)組部件連接處松動(dòng)，地腳螺絲松動(dòng)、斷裂；機(jī)座(臺(tái)板)二次澆灌體松動(dòng)，基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫：汽輪機(jī)葉片應(yīng)力過(guò)高而疲勞折斷；危機(jī)保安器發(fā)生誤動(dòng)作；通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴(yán)重時(shí)可能因此一起主軸的彎曲；滑銷(xiāo)磨損，滑銷(xiāo)嚴(yán)重磨損時(shí)，還會(huì)影響機(jī)組的正常熱膨脹，從而進(jìn)一步引起更嚴(yán)重的事故；軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；勵(lì)磁機(jī)整流子及其碳刷磨損加劇等。

從以上幾點(diǎn)可以看出，振動(dòng)直接威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，在機(jī)組一旦出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，就應(yīng)及時(shí)找出引起振動(dòng)的原因，并予以消除，決不允許在強(qiáng)烈振動(dòng)的情況下讓機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析

汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見(jiàn)故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會(huì)是機(jī)組振動(dòng)的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常震動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對(duì)癥維修。針對(duì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的各個(gè)原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵。

3 汽輪機(jī)組常見(jiàn)異常震動(dòng)的分析與故障排除

引起汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因有以下幾個(gè)方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)等。

3.1 汽流激振現(xiàn)象與故障排除

汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來(lái)流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振；對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長(zhǎng)，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的記錄每次機(jī)組振動(dòng)的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線(xiàn)，觀察曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)和范圍。通過(guò)改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過(guò)程，觀察曲線(xiàn)變化情況。通過(guò)改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門(mén)重調(diào)特性，消除氣流激振。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開(kāi)產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來(lái)避免汽流激振的產(chǎn)生。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)特征、原因及排除

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類(lèi)似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類(lèi)似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

3.3 摩擦振動(dòng)的特征、原因與排除

摩擦振動(dòng)的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號(hào)的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線(xiàn)性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長(zhǎng)。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會(huì)急劇增大。三是降速過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測(cè)量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動(dòng)的機(jī)理：對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動(dòng)靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。

4 關(guān)于汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障原因查詢(xún)步驟的分析

生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動(dòng)異常的原因很多。根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生的集中原因，在查找振動(dòng)主要來(lái)源時(shí)要注意下面幾個(gè)要素：振動(dòng)的頻率是1X，2X，1/2X等。振動(dòng)的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動(dòng)的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、勵(lì)磁電流、時(shí)間、等的變化是否變化）。例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)有下列現(xiàn)象：升速時(shí)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動(dòng)大。特別過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)比以往大得多。振動(dòng)的頻率主要是1X。振動(dòng)的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動(dòng)的穩(wěn)定性好（在振動(dòng)沒(méi)有引起磨擦的情況下），且重復(fù)性好。根據(jù)振動(dòng)特征與日常檢測(cè)維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。

5 在振動(dòng)監(jiān)測(cè)方面應(yīng)做好的工作

目前200MW及以上的機(jī)組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對(duì)振動(dòng)實(shí)施在線(xiàn)監(jiān)控，給振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝有振動(dòng)監(jiān)測(cè)表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動(dòng)表定期測(cè)試核對(duì)，有的機(jī)組僅靠推帶振動(dòng)表定期測(cè)試記錄。對(duì)中小型機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期（每周、每10天等）測(cè)試或測(cè)試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動(dòng)規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測(cè)試振動(dòng)的周期，給汽機(jī)車(chē)間專(zhuān)業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)配備較高精密度的振動(dòng)表，并建立專(zhuān)業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)保存的振動(dòng)測(cè)試登記簿，按規(guī)定周期測(cè)試并將測(cè)試結(jié)果記入登記簿。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比上次測(cè)試結(jié)果增大時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并分析振動(dòng)增大原因，研究采取措施，必要時(shí)增加振動(dòng)測(cè)試次數(shù)，以監(jiān)測(cè)是否繼續(xù)增大。運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常時(shí)，應(yīng)立即使用現(xiàn)場(chǎng)保管的振動(dòng)表進(jìn)行測(cè)試，如振動(dòng)比上次測(cè)試結(jié)果增加了0.05mm時(shí)，應(yīng)立即打閘停機(jī)。如振動(dòng)增加雖未達(dá)到0.05mm，但振動(dòng)異常時(shí)聽(tīng)到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時(shí)，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對(duì)一般的振動(dòng)增大，也應(yīng)向車(chē)間匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。

總結(jié)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常是運(yùn)行中最常見(jiàn)的故障之一，其產(chǎn)生的原因是多方面的，也是十分、復(fù)雜的，它與制造、安裝、檢修和運(yùn)行水平有直接關(guān)系。超過(guò)允許范圍的振動(dòng)往往是設(shè)備損壞的信號(hào)。振動(dòng)過(guò)大將使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件如葉片、葉輪等的應(yīng)力超過(guò)允許值而損壞；振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致危急保安器誤動(dòng)作而發(fā)生停機(jī)事故以及導(dǎo)致軸承座松動(dòng)、基礎(chǔ)甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，必須使機(jī)組的振動(dòng)水平保持在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

[1]剪天聰.汽輪機(jī)原理[M].北京：水力電力出版社，1992.

[2]上海汽輪機(jī)有限公司135MW中間再熱式汽輪機(jī)說(shuō)明書(shū)，1999.5.

[3]胡念蘇.汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.7.