喬建兵

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前，電力工業(yè)發(fā)展迅速，能源工業(yè)發(fā)展最快的是熱能。因此，需要對(duì)火電廠的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)和維護(hù)。在機(jī)械運(yùn)行中，防止低振動(dòng)是不可能的，只要振幅不超過一定范圍，即可接受。使用汽輪機(jī)時(shí)，振動(dòng)不可避免，在規(guī)定的總水平上不會(huì)發(fā)生損壞。但由于各種原因，汽輪機(jī)的振動(dòng)可能超過一定范圍，對(duì)汽輪機(jī)有害，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)的安全使用非常重要，汽輪機(jī)的異常振動(dòng)表明汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中存在安全隱患，汽輪發(fā)電機(jī)需要檢查，本文分析汽輪機(jī)的振動(dòng)原因及處理方法。

1 汽輪機(jī)振動(dòng)特性分析

汽輪機(jī)是重要工業(yè)設(shè)備，其工作性質(zhì)是高溫、高壓和高速。由于長(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)裝置的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)是汽輪機(jī)最復(fù)雜的誤差之一，裝置的振動(dòng)往往受到多方面影響，如汽輪機(jī)裝置的參數(shù)、徑流參數(shù)、油溫、油質(zhì)的變化都會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)。因此必須分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因。只有在已知條件下結(jié)合實(shí)際情況，分析汽輪機(jī)振動(dòng)異常的原因，進(jìn)行總結(jié)和討論，決定汽輪機(jī)檢修方法。如果設(shè)備初始啟動(dòng)速度超過其臨界速度，則可以估計(jì)所攜帶振動(dòng)的大小是否會(huì)導(dǎo)致故障。如果情況良好，一般可以斷定渦輪轉(zhuǎn)子和牽引齒輪轉(zhuǎn)子處于平衡狀態(tài)，拉伸器沒有損壞。如果設(shè)備停止后轉(zhuǎn)子平衡，應(yīng)注意空載時(shí)空轉(zhuǎn)速度必須為3000 r/min，并且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)必須控制在安全范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整到載體的垂直振動(dòng)，原則上振動(dòng)不變，可根據(jù)規(guī)定的15 m 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整到載體的垂直振動(dòng)。若載荷為200 MW，原則上振動(dòng)不變，若按91.5 m 調(diào)整，則需及時(shí)開關(guān)機(jī)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子報(bào)警比開機(jī)時(shí)大100%，在3 次嘗試啟動(dòng)后氣封數(shù)值依然在300以上，設(shè)備故障沒有好轉(zhuǎn)，必須停止設(shè)備運(yùn)行。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)故障分析

汽輪機(jī)振動(dòng)故障因素很多，設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)水平、維護(hù)技術(shù)、安裝工藝等，都會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)。

2.1 受當(dāng)前技術(shù)的影響和限制

加工工藝或部件的精度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，特別是轉(zhuǎn)子部件精度達(dá)不到規(guī)定要求時(shí)，導(dǎo)致在高低速穩(wěn)定試驗(yàn)中不滿足要求，出現(xiàn)離心力問題，以及與整個(gè)設(shè)備振動(dòng)有關(guān)的故障。

2.2 安裝工藝

對(duì)振動(dòng)相關(guān)故障有直接影響。對(duì)設(shè)備的載荷、剛度、強(qiáng)度及安裝現(xiàn)場(chǎng)要求進(jìn)行復(fù)核，確保汽輪機(jī)運(yùn)行合理，嚴(yán)格控制各部件之間距離，不得過大或過小。如果通道過大，很容易造成碰撞，否則會(huì)導(dǎo)致部件之間接觸。在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，不同部件膨脹不可避免，耦合銷系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)問題。如果潤(rùn)滑油不起作用，裝置就會(huì)變形，導(dǎo)致與振動(dòng)相關(guān)的故障。

有效維護(hù)是防止汽輪機(jī)在使用過程中振動(dòng)惡化的關(guān)鍵。如果工作不能順利進(jìn)行或不正確，會(huì)導(dǎo)致故障。如果渦輪排氣管溫度得不到有效控制，會(huì)影響設(shè)備精度，導(dǎo)致振動(dòng)損失；如果潤(rùn)滑油形成油膜以及設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，也會(huì)影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。汽輪機(jī)出現(xiàn)故障和異常時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將不能正常工作。

2.3 油膜不穩(wěn)定

汽輪機(jī)油膜失穩(wěn)主要有半速渦流和油膜振蕩等2 種類型。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于2 倍第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，通常會(huì)發(fā)生半速轉(zhuǎn)捩。隨著速度增加，這種情況會(huì)以較低速度發(fā)生。一般來說，這種振動(dòng)會(huì)在最大轉(zhuǎn)速下持續(xù)，或在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)消失。檢測(cè)半速旋轉(zhuǎn)的最有效方法是級(jí)聯(lián)圖。此外，低頻功能也可以通過示波圖或沿軸心軌跡看到。

2.4 氣流振動(dòng)

不同的氣流振蕩原因也不同，首先是上層空間的振蕩。由于蒸汽輪機(jī)的效率和性能，熱機(jī)設(shè)計(jì)師應(yīng)采用最小和逐步的方法。步進(jìn)數(shù)的變化將使參考轉(zhuǎn)子范圍變長(zhǎng)，臨界轉(zhuǎn)速降低，工作轉(zhuǎn)速的增加將使工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的比值增大，導(dǎo)致軸的穩(wěn)定性降低。間隙過大可導(dǎo)致上下部熱壓力差增加，切向力作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

其次，要考慮轉(zhuǎn)子電流的相互作用。轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子外殼的差別很大，只要轉(zhuǎn)速超過參考頻率2.5 倍，就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。若保持這樣的高頻率運(yùn)行則會(huì)磨損靜環(huán)，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)密封的流動(dòng)產(chǎn)生非常高的接觸力，磨損導(dǎo)致排氣口密封間隙的增加將進(jìn)一步增加流入密封的氣流接觸力，導(dǎo)致嚴(yán)重振動(dòng)。平衡力在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)穩(wěn)定中起著重要作用，如果平衡力破壞就會(huì)導(dǎo)致靜環(huán)磨損。通常，只有高參數(shù)的高壓轉(zhuǎn)子才會(huì)被攪動(dòng)。渦激振動(dòng)時(shí)，隨著振幅增大，渦激振動(dòng)逐漸接近高偏心，自振頻率接近轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)的固有頻率。為評(píng)估這種現(xiàn)象，需要安裝一個(gè)振動(dòng)模式測(cè)試探針，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅度。

2.5 不穩(wěn)定擴(kuò)大

不均勻膨脹引起的振動(dòng)主要是由于氣缸膨脹受阻或加溫不規(guī)則引起。在這段時(shí)間內(nèi)，渦輪機(jī)座的位置會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心移動(dòng)，引起機(jī)械振動(dòng)。這種振動(dòng)的原因主要有以下2 種。

（1）汽輪機(jī)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)不順暢。一部分啟動(dòng)能量被送去從主蒸汽管道或汽輪機(jī)本體的排氣部分排出，由于高位蒸汽的作用，金屬在運(yùn)行過程中發(fā)生熱變形，導(dǎo)致摩擦不均，引起振動(dòng)。

（2）溫度控制。如果進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的溫度不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不均勻受熱，造成轉(zhuǎn)子變形，形成轉(zhuǎn)子和氣缸間的不均勻膨脹，導(dǎo)致振動(dòng)。

2.6 靜摩擦和動(dòng)摩擦

近年來，對(duì)汽輪機(jī)可靠性的要求越來越高，動(dòng)靜間隙越來越小，摩擦可能性越來越大，長(zhǎng)期靜摩擦?xí)蛊啓C(jī)產(chǎn)生持續(xù)振動(dòng)。使得軸永久彎曲，整個(gè)軸系都可能受到損壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)故障處理措施

由于汽輪機(jī)運(yùn)行過程中經(jīng)常因振動(dòng)而發(fā)生故障，設(shè)備不能正常運(yùn)行。為此，技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況深入分析問題，采取有效措施。

3.1 檢查剛度

工程師可以收集和整理汽輪機(jī)資料，并與標(biāo)準(zhǔn)資料進(jìn)行比較，另外，負(fù)荷試驗(yàn)和加載單元是保證設(shè)備配置的必要條件，必須提高設(shè)備正常運(yùn)行的可能性，消除振動(dòng)有關(guān)的缺陷。新安裝的設(shè)備必須在沒有負(fù)載和負(fù)載情況下使用。以正常方式生產(chǎn)和加工設(shè)備，填料函密封系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 智能檢測(cè)設(shè)備

設(shè)備正確運(yùn)行和安裝能有效防止汽輪機(jī)振動(dòng)相關(guān)故障，設(shè)備必須安裝必要的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)并報(bào)告異常時(shí)間點(diǎn)。必須妥善組織技術(shù)人員處理，防止問題升級(jí)，造成更嚴(yán)重影響。

3.3 防振設(shè)備安裝

如上所述，在檢測(cè)到異常振動(dòng)條件后安裝智能監(jiān)測(cè)裝置可提供報(bào)警信息。報(bào)警指令是讓技術(shù)人員在緊急情況下自動(dòng)關(guān)閉電路，停止設(shè)備運(yùn)行。在此過程中，現(xiàn)場(chǎng)人員還應(yīng)采取緊急措施，為保障機(jī)組設(shè)備安全，還可以安裝智能監(jiān)控保護(hù)設(shè)備，提高設(shè)備使用質(zhì)量和效率。

3.4 提高機(jī)組膨脹和溫度的措施

機(jī)組的膨脹由多種原因造成，從成型角度看，原因可分膨脹不均勻、溫度不穩(wěn)定的故障。因此，為避免機(jī)組故障，可定期檢查、維修和更換頂升系統(tǒng)。操作汽輪機(jī)設(shè)備前，有必要提供均勻的預(yù)熱，使汽缸保持溫度。還需要監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油溫度、軸封溫度和排氣蒸汽溫度。如果發(fā)現(xiàn)溫度不符合操作要求，必須及時(shí)采取相應(yīng)措施，建立自動(dòng)溫控系統(tǒng)。

3.5 油膜振動(dòng)的處理措施

通過總結(jié)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析資料，總結(jié)出處理油膜振動(dòng)的具體措施：①適當(dāng)提高數(shù)據(jù)值；②盡量減小墊層之間距離，能很好地控制振動(dòng)的頻率和強(qiáng)度；③盡量減小載體夾角。然后根據(jù)實(shí)際需要選擇潤(rùn)滑油。在強(qiáng)度沖擊情況下，應(yīng)使用低黏度潤(rùn)滑油。另外，振動(dòng)主要是由于各部件受力不均導(dǎo)致受力異常，不平衡受力導(dǎo)致設(shè)備在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中偏離中心，要根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇維修措施。

3.6 蒸汽流振動(dòng)故障的產(chǎn)生

處理氣流引起的異常振動(dòng)非常困難。一般來說，為提高處理誤差的能力和誤差響應(yīng)措施的質(zhì)量，有必要深入分析和研究汽輪機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象和強(qiáng)度。必須編制至少1 年的振動(dòng)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，使其成為數(shù)據(jù)曲線。分析數(shù)據(jù)曲線的變化和幅度，最終確定氣流強(qiáng)度的分布。降低負(fù)荷變化速度，避免負(fù)荷變化過快導(dǎo)致汽流異常產(chǎn)生振動(dòng)。

3.7 消除轉(zhuǎn)子熱彎曲故障的措施

轉(zhuǎn)子在工作一定時(shí)間或較長(zhǎng)時(shí)間后，由于溫度過高，容易產(chǎn)生電流振動(dòng)而變形，目前沒有更好的方法來處理這種現(xiàn)象，主要措施是更換轉(zhuǎn)子。

3.8 摩擦振動(dòng)頻率

汽輪機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致局部磨損，因此需要定期檢查。如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重摩擦，必須及時(shí)采取措施加以制止，這樣可以提前預(yù)防，不僅可以降低機(jī)械維修成本，而且可以延長(zhǎng)汽輪機(jī)使用壽命。

4 結(jié)束語

引起汽輪機(jī)振動(dòng)的因素很多，幾乎所有誤差都會(huì)反映在汽輪機(jī)振動(dòng)的不同程度。目前，我國(guó)振動(dòng)診斷的準(zhǔn)確率相對(duì)較低，振動(dòng)診斷的方法主要是從直觀角度進(jìn)行研究，但準(zhǔn)確度的高低對(duì)診斷方面的影響目前還不太受重視。要更好地評(píng)估各種故障的振動(dòng)機(jī)理，了解設(shè)備各方面信息，透徹分析設(shè)備情況，提高原因評(píng)估的準(zhǔn)確性，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。振動(dòng)故障嚴(yán)重影響火電廠設(shè)備的正常運(yùn)行，通過分析火電廠汽輪機(jī)振動(dòng)故障的原因及處理方法，提出相應(yīng)維修措施。正常操作中不可避免地會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)誤差。只有采取有效措施，降低汽輪機(jī)振動(dòng)的發(fā)生頻率。因此，要加強(qiáng)維護(hù)管理，做好檢查工作，消除振動(dòng)隱患，減少汽輪機(jī)設(shè)備因問題引起的損壞，解決問題，確保設(shè)備穩(wěn)定安全使用。