高劍釗

（國電南寧發(fā)電有限責任公司 廣西南寧 530317）

電廠汽輪機振動的原因分析及措施

高劍釗

（國電南寧發(fā)電有限責任公司 廣西南寧 530317）

隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電廠機械設(shè)備的可靠度和安全性問題愈發(fā)突出，從而加快了對機械設(shè)備故障原因分析及措施的研究。在電廠系統(tǒng)中，汽輪發(fā)電機組是電力生產(chǎn)的重要設(shè)備。一般情況下，電廠汽輪機普遍存在振動現(xiàn)象，運行過程中產(chǎn)生的這種振動現(xiàn)象在一定范圍內(nèi)是可以允許的，但超過臨界值的振動卻會對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生極大的安全隱患。本文較為系統(tǒng)的對電廠汽輪機振動原因進行分析，并提出相應(yīng)解決措施，為未來發(fā)展提供新方向。

汽輪機；振動；原因分析；措施

1 引言

電力系統(tǒng)作為支撐國家經(jīng)濟的能源之一，對于推動我國經(jīng)濟健康持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要作用。對于發(fā)電廠維護部門而言，其主要任務(wù)就是保障城市經(jīng)濟正常發(fā)展以及為居民提供穩(wěn)定用電，加強汽輪發(fā)電機日常保養(yǎng)和維護工作。電廠汽輪發(fā)電機，在正常運行過程中產(chǎn)生的振動是無法避免的，那么對于此種普遍存在的蔗農(nóng)現(xiàn)象該如何解決呢？下面系統(tǒng)闡述汽輪機振動機理和控制措施。

2 汽輪機振動特點分析

汽輪機的振動特性體現(xiàn)在當其首次啟動加速到超過其臨界轉(zhuǎn)速時，根據(jù)軸承振動的大小來推斷汽輪機是否發(fā)生故障。如果情況良好，那么可以推斷汽輪機轉(zhuǎn)子和拖帶機組的轉(zhuǎn)子目前處在平衡狀態(tài)，軸承沒有任何損壞。如果汽輪機停止運作后對汽輪機的末級葉輪進行配重，要保證其空載狀態(tài)，控制其空轉(zhuǎn)速在3000rad/min左右，同時把下軸承基頻振動降至安全線以下，然后再進行操作。再次發(fā)動機組的配置后，依據(jù)相關(guān)標準將，調(diào)整軸承的垂直振動至15μm，此時帶負荷達到20MW時，其振動保持恒定。當振動升至91.7μm時，此時必須及時打閘停機，并且大軸的擾度要比開機的時候大100。進行第三次啟動時，后汽封溫度升至300℃時，且在90.7μm的時候，應(yīng)打閘和停機。汽輪機機組在整個啟動過程中產(chǎn)生突增的振動，會引起監(jiān)測系統(tǒng)的報警，這意味著汽輪機發(fā)生了逐漸惡化的故障。

3 汽輪機振動大的原因分析

汽輪機產(chǎn)生振動故障的原因有很多，無論是設(shè)計制造階段、運行維護保養(yǎng)階段，甚至安裝、檢測運行管理等過程中都有可能引發(fā)汽輪機振動現(xiàn)象，且這些影響因素之間又互相聯(lián)系、互相影響。通常來說，汽輪機在剛開啟或停止過程中會產(chǎn)生相對較大的振動。因為汽輪機在開啟和停止時，當轉(zhuǎn)速達到臨界轉(zhuǎn)速值時就會產(chǎn)生劇烈振動，當轉(zhuǎn)速超過這個臨界值后，振動又恢復(fù)到正常振動范圍內(nèi)。除了以上影響因素，總體來說，電廠汽輪機振動的原因可以歸結(jié)到兩方面，即汽輪機組在運行過程中由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引起的振動和由于機組中心不正而引發(fā)的振動。

3.1 由于設(shè)計安裝等因素引起振動

當前由于受到技術(shù)上的限制，在汽輪機設(shè)計階段，不管是構(gòu)件的加工工藝和精度都不能滿足設(shè)計規(guī)范標準，尤其是汽輪機轉(zhuǎn)子，很多情況下都不符合規(guī)范要求的精度，因此導(dǎo)致在低速平穩(wěn)和高速試驗過程中不符合試驗要求，造成轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，進一步導(dǎo)致產(chǎn)生一側(cè)離心力，致使汽輪機組出現(xiàn)異常振動。其次如果結(jié)構(gòu)設(shè)過程中的零部件無法和汽輪機配件之間相匹配時，也會造成汽輪機發(fā)生異常振動。

汽輪機振動情況也直接受到汽輪機安裝工藝的精度的影響。在選擇軸承的強度、剛度和預(yù)緊力時，需要根據(jù)安裝現(xiàn)場的實際要求，從而保證汽輪機中心的同心度。要各個零部件之間的間隙不宜過小也不能太大，過小會造成各零部件之間相互接觸產(chǎn)生磨損，太大則會引起零部件之間相互碰撞。在汽輪機長期運行過程中，除了零部件之間會產(chǎn)生一定膨脹外，連接銷系統(tǒng)中也會出現(xiàn)類似問題，當潤滑油的量不能起到潤滑的作用時，汽輪機機組就會產(chǎn)生變形，導(dǎo)致振動異常引發(fā)汽輪機出現(xiàn)故障。

3.2 由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引發(fā)振動

（1）汽輪機運行中葉片脫落、折斷以及出現(xiàn)不均勻磨損、結(jié)垢、腐蝕，都會使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)質(zhì)量不平衡現(xiàn)象。比如汽輪機發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組松動或不平衡等，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。由于上述兩方面原因，當轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量不平衡時，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周就會受到一次因質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心沖擊力，這種離心力周期作用產(chǎn)生的結(jié)果就是產(chǎn)生振動。

（2）軸承油膜不穩(wěn)定或被破壞而產(chǎn)生振動。油膜不穩(wěn)定或遭到破壞，將會使軸瓦烏金很快被燒毀，導(dǎo)致軸頸因受熱發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生劇烈的振動。

（3）振動由于轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲引起。轉(zhuǎn)子被彎曲時，即使不會引起汽輪機動靜部件之間產(chǎn)生摩擦，也會引起一定程度的振動。從振動所屬的特性來看，和因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生振動的情況類似，兩者差別在于這種振動最顯著特性表現(xiàn)為軸向振動，特別是轉(zhuǎn)速超過臨界值時，其軸向振幅的增大趨勢更加明顯。

（4）受到水的沖擊引起振動。當蒸汽中帶水進入輪機內(nèi)，產(chǎn)生水沖擊力時，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向推力增大以及產(chǎn)生較大的不平衡扭力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動，甚至燒毀推力瓦。

（5）由于汽輪機內(nèi)部各個零部件之間發(fā)生摩擦而引起振動。工作葉片和導(dǎo)向葉片相互摩擦，以及錯誤的安裝通流部分或軸向間隙留置不夠，以及推力軸承工作有誤和安裝不當、葉片隔板彎曲、葉片變形、軸頸或軸承烏金側(cè)向間隙太小等等，都會導(dǎo)致摩擦的產(chǎn)生，引發(fā)振動。

3.3 由于機組在運行中心不正而引發(fā)振動

（1）汽輪機在啟動時，必須要留出足夠的時間進行暖機活動，不能加負荷太快，也不能升速過快，升速或加負荷速度過快，都會導(dǎo)致汽缸受熱不均勻引發(fā)膨脹現(xiàn)象?；蛘哒{(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)卡澀滑銷情況，造成汽缸自由膨脹收縮受限，以上因素均會導(dǎo)致在汽缸作用下轉(zhuǎn)子發(fā)生不恰當?shù)耐嵝?，機組產(chǎn)生不正常的錯位，從而引發(fā)振動。當汽輪機機組進行運動時，應(yīng)全程跟蹤追擊其各軸承的振動，一旦出現(xiàn)不正常聲音，要立刻關(guān)掉閘門、打開機器進行檢查。

（2）如果機組在運行過程中進行真空下降的運動，那么就會使得排汽溫度升高，并使后軸承發(fā)生上抬現(xiàn)象，這就導(dǎo)致機組的中心發(fā)生破壞，引發(fā)振動現(xiàn)象產(chǎn)生。

（3）間隙振蕩。當轉(zhuǎn)子因某種原因與汽缸不同心時，可能產(chǎn)生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩。

（4）機組維修后靠背輪安裝存在一定問題。由于在安裝過程中機組中心對位不準確，因而運行時產(chǎn)生振動現(xiàn)象，并且此振動隨負荷的變化而變化，負荷越大，振動也會相應(yīng)增加。

（5）如果機組在進入的溫度超過設(shè)計規(guī)范限度的情況下運行，就會使汽缸的脹差和變形發(fā)生嚴重變化。比如在向上抬高高壓軸封這種情況下，機組的中心發(fā)生的軸向錯位就會超過原來限度，引起機組振動。

4 解決措施

由于汽輪機振動故障的存在，從而導(dǎo)致汽輪機組正常的運行受到影響，因此需要根據(jù)故障現(xiàn)場的實際情況來對振動故障進行深入的分析，并采取切實可行的解決措施。

4.1 設(shè)置智能化監(jiān)測措施

設(shè)計并安裝軸承振動測量裝置和大軸振動測量裝置是用于監(jiān)視機組的振動情況的有效措施。對正常檢測困難點安設(shè)傳感器設(shè)備，方便檢測振動情況。當振動不在允許值范圍內(nèi)時，應(yīng)當及時發(fā)出聲光報警信號報告工作異常點。同時合理有序的安排管理人員，及時對發(fā)出警報汽輪機機組進行處理措施，防止損壞擴大，以免產(chǎn)生安全事故。加強振動監(jiān)督必不可少，對振動監(jiān)測做到經(jīng)常化和制度化，必須在機組振動突然增大達到規(guī)程規(guī)定值時，果斷及時地將機組停運，杜絕擴大損壞。

4.2 剛度檢測是重中之重

①在進行汽輪機數(shù)據(jù)采集后，技術(shù)人員應(yīng)及時處理數(shù)據(jù)，并對照標準數(shù)據(jù)做出判斷。技術(shù)人員還應(yīng)掌握機組工作剛度范圍、共振條件和剛度極值點，做到人不離機，實時監(jiān)測，防患未然。另外，必須要對機組進行帶負荷和空載試運行。②為保障汽輪機順利運行，降低異常振動概率，新安裝或維修后的機組必須經(jīng)過帶負荷和空載試運行，測試密封、汽封、滑銷系統(tǒng)等，以上指標均達到合格標準時，才能投入運行。

4.3 安裝振動保護裝置

汽輪機保護系統(tǒng)和振動監(jiān)視以及由其所組成的信號警報系統(tǒng)和保護控制系統(tǒng)，是保障汽輪機安全運行的重要設(shè)備。機組應(yīng)安裝智能化振動保護設(shè)備，當智能化檢測裝置檢測出振動超過極限值時，就會發(fā)出警報信號，通過脈沖信號驅(qū)動保護控制電路自動切斷電路關(guān)閉主汽門，實行緊急停機。與此同時，技術(shù)人員采取解決措施保護機組設(shè)備的安全。隨著機組容量的增大，汽輪機安全穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。同時保障汽輪機的安全監(jiān)視和保護裝置動作的準確性和可靠性也必不可少。

5 結(jié)束語

綜上所述，汽輪機組的異常振動不僅會對機組造成嚴重危害，甚至?xí)ψ璧K整個發(fā)電系統(tǒng)的正常供電。所以，我們必須采取科學(xué)有效的措施來降低甚至避免異常振動。在對機組進行接收之前，應(yīng)對嚴格測試機組的振動情況，測試結(jié)果在允許范圍內(nèi)，方可投入生產(chǎn)運行。其次，在機組正常運作過程中，要經(jīng)常對汽輪機進行制度化檢測，一旦檢測到異常振動，應(yīng)嚴格監(jiān)測采取相應(yīng)解決措施，從而保障機組的正常運行。

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TM621

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1004-7344（2016）05-0223-02

2015-12-25

高劍釗（1988-），男，助理工程師，本科，從事火電廠汽機檢修工作。