寇順福

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的影響因素分析

寇順福

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262709)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是機(jī)組運(yùn)行的重要參數(shù)之一，機(jī)組振動(dòng)的大小是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)，重點(diǎn)從設(shè)計(jì)制造、安裝檢修和運(yùn)行3個(gè)方面分析了影響汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的因素，并提出了相應(yīng)的對(duì)策措施，以防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

汽輪發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)；設(shè)計(jì)制造

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大或者異常的原因有很多，既有設(shè)計(jì)制造方面的原因，也有安裝和檢修方面的原因，還有運(yùn)行等方面的原因。

1 設(shè)計(jì)制造方面

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的部件，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心力，這個(gè)離心力會(huì)對(duì)軸承產(chǎn)生一個(gè)激振力，進(jìn)而引起機(jī)組振動(dòng)。如果這個(gè)離心力過(guò)大，則機(jī)組的振動(dòng)就會(huì)異常。所以，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每裝配一級(jí)葉片都應(yīng)該對(duì)該級(jí)葉片進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，整個(gè)轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行低速和高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，以確保將轉(zhuǎn)子的不平衡量控制在一個(gè)合格的范圍內(nèi)。

在制造過(guò)程中，產(chǎn)生汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量較大的原因主要是機(jī)械加工精度不高和裝配工藝質(zhì)量較差，因此，只有提高機(jī)械加工精度、保證工藝裝配質(zhì)量，才能保證轉(zhuǎn)子的原始不平衡量較小。另外，如果機(jī)組的設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)。例如：在設(shè)計(jì)階段，如果機(jī)組的支持軸承選取不當(dāng)，其穩(wěn)定性較差，那么汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子極小的不平衡量也會(huì)引起機(jī)組較大的振動(dòng)。軸承的油膜形成不好也極易誘發(fā)油膜振蕩而產(chǎn)生振動(dòng)。

2 安裝和檢修方面

汽輪發(fā)電機(jī)組在安裝和檢修過(guò)程中的工藝質(zhì)量對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響非常大，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組振動(dòng)的分析，很多汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)過(guò)大都是由于安裝和檢修不當(dāng)引起的。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝和檢修情況，下面重點(diǎn)介紹對(duì)機(jī)組振動(dòng)有明顯影響的幾個(gè)因素。

2.1 軸承標(biāo)高

不管是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其兩端都是由軸承支撐的，如果兩端的軸承標(biāo)高不在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，那么轉(zhuǎn)子兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理。負(fù)荷較輕的一邊，軸瓦內(nèi)的油膜將會(huì)形成不好或者根本不能形成，這樣就會(huì)誘發(fā)機(jī)組的自激振動(dòng)、油膜振動(dòng)和汽流激振等；而負(fù)荷較重的一邊，則會(huì)出現(xiàn)軸瓦溫度升高，當(dāng)軸瓦烏金溫度達(dá)到一定值時(shí)，很容易產(chǎn)生烏金過(guò)熱現(xiàn)象，從而造成機(jī)組的振動(dòng)。

因此，在汽輪發(fā)電機(jī)組大修或者安裝時(shí)，應(yīng)該根據(jù)制造廠家的技術(shù)要求，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)機(jī)組軸承標(biāo)高進(jìn)行認(rèn)真調(diào)整。因?yàn)橹圃鞆S家提供的數(shù)據(jù)是根據(jù)機(jī)組冷態(tài)時(shí)的情況再綜合一般機(jī)組受熱后膨脹的情況得出的，而各臺(tái)機(jī)組的實(shí)際情況不盡相同，因此受熱后的膨脹也不完全一樣，所以機(jī)組軸承標(biāo)高調(diào)整必須結(jié)合各機(jī)組的實(shí)際情況。

2.2 軸承自身特性

軸承自身特性，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等，對(duì)機(jī)組的振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生影響。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)。軸承的連接情況主要對(duì)軸承剛度產(chǎn)生影響，若軸承剛度不夠，則在同樣大小的激振力下引起的振動(dòng)較大，所以必須將軸承各連接螺栓緊固。在現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于連接螺栓未緊固而引起振動(dòng)的現(xiàn)象。

2.3 機(jī)組中心

機(jī)組中心包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。

如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過(guò)大，則可能會(huì)引起氣流激振、電磁激振或動(dòng)靜碰磨。若發(fā)生碰磨，則會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)。當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)圓不同心、端面瓢偏、連接螺栓緊力明顯不對(duì)稱時(shí)，即使圓周和端面中心數(shù)據(jù)調(diào)整得很正確，也會(huì)使軸系不同心和不平直。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸系同心度和平直度會(huì)直接影響振動(dòng)的激振力，進(jìn)而引起機(jī)組的振動(dòng)。

2.4 滑銷系統(tǒng)

不論是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，因此使用滑銷系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)組膨脹。當(dāng)滑銷系統(tǒng)因某種原因而卡澀時(shí)，機(jī)組的膨脹就會(huì)受到限制，從而引起機(jī)組產(chǎn)生較大的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致不能開(kāi)機(jī)或引起動(dòng)靜碰磨，造成更大的破壞。由于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)因膨脹受到限制而無(wú)法開(kāi)機(jī)的情況，在檢修和安裝期間應(yīng)該對(duì)此情況高度重視。

2.5 動(dòng)靜間隙

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和汽、軸封之間以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過(guò)大時(shí)，汽輪機(jī)內(nèi)效率會(huì)降低；當(dāng)汽輪機(jī)與軸封之間的間隙過(guò)大時(shí)，可能會(huì)引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過(guò)大時(shí)，同樣會(huì)影響發(fā)電機(jī)的效率。但是，如果它們之間的間隙過(guò)小，則會(huì)引起動(dòng)靜碰磨，從而使機(jī)組的振動(dòng)超標(biāo)。因此合理調(diào)整隔板汽封、端部汽封以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙非常重要。

2.6 轉(zhuǎn)子結(jié)垢

機(jī)組在大修期間，一般都要對(duì)汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢進(jìn)行清理，在進(jìn)行除垢時(shí)應(yīng)該保證除垢方法的正確性，同時(shí)要對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行除垢，否則可能會(huì)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生新的質(zhì)量不平衡。

2.7 轉(zhuǎn)子中心孔

現(xiàn)代汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大軸大都留有中心孔，在中心孔兩端用堵頭封堵，在檢修期間如果不慎讓異物(包括油、水等)進(jìn)入中心孔，則在轉(zhuǎn)子回裝復(fù)原后開(kāi)機(jī)，機(jī)組就可能會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)異常的現(xiàn)象。

2.8 活動(dòng)部件

檢修期間如果有活動(dòng)部件進(jìn)入汽輪機(jī)，大修后開(kāi)機(jī)，活動(dòng)部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機(jī)葉片，從而造成嚴(yán)重的事故，并引發(fā)機(jī)組振動(dòng)。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)存在活動(dòng)部件，一方面可能會(huì)引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路，另一方面可能會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)的不穩(wěn)定，給機(jī)組振動(dòng)的診斷帶來(lái)困難。

3 運(yùn)行方面

機(jī)組的振動(dòng)除了與上述的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況有很大的關(guān)系。

3.1 機(jī)組膨脹

機(jī)組的膨脹受其滑銷系統(tǒng)制約。即使滑銷系統(tǒng)本身不存在問(wèn)題，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會(huì)出現(xiàn)膨脹不暢的問(wèn)題。例如，在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，若機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過(guò)快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的使用壽命；另一方面會(huì)引起過(guò)大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開(kāi)機(jī)過(guò)程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的動(dòng)靜碰磨而產(chǎn)生振動(dòng)。

3.2 潤(rùn)滑油溫

軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性決定了機(jī)組振動(dòng)的大小，當(dāng)軸頸穩(wěn)定性太差時(shí)，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動(dòng)。而潤(rùn)滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的另一個(gè)重要因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還與潤(rùn)滑油油溫有關(guān)。潤(rùn)滑油油溫應(yīng)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)油膜的形成產(chǎn)生不利影響。

3.3 軸封進(jìn)汽溫度

每個(gè)軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。軸封進(jìn)汽溫度對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對(duì)軸承標(biāo)高的影響和對(duì)端部汽封處動(dòng)靜間隙的影響。

3.4 機(jī)組真空和排汽缸溫度

機(jī)組真空和排汽缸溫度相輔相成，其中一個(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變。對(duì)于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來(lái)說(shuō)，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對(duì)軸承標(biāo)高的影響上，所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響。

3.5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流

當(dāng)電流通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，這部分熱量會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí)，膨脹會(huì)使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動(dòng)變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身膨脹不均時(shí)，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會(huì)由于膨脹的不均而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不平衡。

此外，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放熱過(guò)大的現(xiàn)象，該處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量聚積而膨脹較大，與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，從而形成動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不平衡。

3.6 斷葉片

當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動(dòng)會(huì)發(fā)生明顯的變化。這種情況在現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)可能不會(huì)被察覺(jué)，因?yàn)檎駝?dòng)的變化既包括振動(dòng)大小的變化也包括振動(dòng)相位的變化，而現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動(dòng)大小的變化。為了盡量避免斷葉片現(xiàn)象的發(fā)生，除了在設(shè)計(jì)制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧┩猓谶\(yùn)行中增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)還應(yīng)盡量平穩(wěn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，機(jī)組的振動(dòng)情況是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來(lái)，不少機(jī)組因振動(dòng)大而拖延了投產(chǎn)期和檢修期。對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，接收了振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)督，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)做到制度化、經(jīng)?；?，在機(jī)組振動(dòng)突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時(shí)，要及時(shí)果斷地將機(jī)組停運(yùn)，以防止損壞擴(kuò)大，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

1 李業(yè)堂．1 000 MW直接空冷汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析與處理[J]．電力安全技術(shù)，2013(10)．

2014-03-24。

寇順福(1983-)，男，助理工程師，主要從事汽機(jī)運(yùn)行方面的工作，email：koushunfuyouxiang@163.com。