徐 俊

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司熱電部，上海 200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司熱電部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱電部)5#汽輪機(jī)組是向生產(chǎn)裝置供熱供電的關(guān)鍵機(jī)組，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，而對(duì)于熱電部來(lái)說(shuō)安全運(yùn)行就是最大的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)組的設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行、安裝和檢修等都是可能引起機(jī)組振動(dòng)過(guò)大或者不正常的原因，也有運(yùn)行方面的原因，還有安裝和檢修等。環(huán)境溫度變化也會(huì)對(duì)螺栓螺母緊力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)不正常。機(jī)組真空度和排汽缸溫度是相輔相成的，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)，排汽缸溫度變化的影響主要表現(xiàn)在軸承座標(biāo)高上，所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響。國(guó)內(nèi)外少有研究氣溫對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響的文獻(xiàn)，文章擬從氣溫和排汽溫度入手，分析其對(duì)汽輪機(jī)異常振動(dòng)的影響，并提出針對(duì)性的解決措施。

1 氣溫和排汽溫度變化對(duì)振動(dòng)的影響

1.1 氣溫變化對(duì)振動(dòng)的影響

2018年12月5日，氣溫大幅下降6 K，9∶05 5#機(jī)2瓦的軸向振動(dòng)從48 μm上升到92 μm。將電負(fù)荷從85 MW減至75 MW，低抽從80 t/h減至65 t/h，中抽出系，調(diào)整均無(wú)效。12月6日，對(duì)潤(rùn)滑油油溫進(jìn)行調(diào)整，從38 ℃提高到42 ℃，2瓦軸向振動(dòng)還是沒(méi)有下降趨勢(shì)。

2018年12月28日,氣溫下降至零下3 ℃，11∶30就地實(shí)測(cè)5#機(jī)5瓦軸向振動(dòng)61 μm，DEH內(nèi)Y向振動(dòng)從36 μm上升至43 μm，14∶45 5#機(jī)2瓦軸向振動(dòng)就地實(shí)測(cè)也上升至87 μm。將周?chē)T(mén)窗關(guān)閉，壞的窗用鐵皮封住，在地腳螺栓螺母處用保溫覆蓋，15∶45 5#機(jī)2瓦軸振動(dòng)開(kāi)始下降，就地實(shí)測(cè)為64 μm。

1.2 排汽溫度變化對(duì)振動(dòng)的影響

2019年2月25日13∶30，5#機(jī)凝汽器乙組消缺后投入運(yùn)行，排汽溫度開(kāi)始下降，14∶30 5#機(jī)5瓦軸向測(cè)得的振動(dòng)為76 μm,19∶00 5#機(jī)2瓦軸向?qū)崪y(cè)100 μm，將電負(fù)荷從76 MW減至72 MW，仍無(wú)效果。22∶00 5#機(jī)加負(fù)荷至75 MW，2#瓦軸向振動(dòng)下降至88 μm。對(duì)比5#機(jī)凝汽器乙組投入前后真空排汽溫度變化情況，真空從96.1 kPa上升至96.8 kPa，左/右排汽溫度從35/37 ℃下降至33/35 ℃。

排汽溫度和軸向振動(dòng)關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 排汽溫度和軸向振動(dòng)的關(guān)系

由圖1可以看出：排汽溫度為25～27 ℃時(shí)2瓦軸向就地實(shí)測(cè)為130 μm，隨著排汽溫度上升振動(dòng)下降明顯，排汽溫度為36～38 ℃時(shí)下降至36 μm，排汽溫度和軸向振動(dòng)存在較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。汽輪機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)突然增大原因有很多，需逐一排查以確定運(yùn)行中機(jī)組振動(dòng)上升主要原因。

2 運(yùn)行中振動(dòng)突然增大的原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)

(1)動(dòng)靜部分摩擦或局部碰撞。動(dòng)靜碰摩產(chǎn)生的振動(dòng)，主要是指碰摩發(fā)生的轉(zhuǎn)軸處產(chǎn)生熱彎曲而引起不平衡振動(dòng)。動(dòng)靜碰摩可以引起摩擦抖動(dòng)，摩擦渦動(dòng)使轉(zhuǎn)子熱彎曲而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)。

(2)彈性彎曲而引起的振動(dòng)。這種振動(dòng)表現(xiàn)為軸向振動(dòng)，尤其當(dāng)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其軸向振幅增大得更為顯著。

(3)油膜不穩(wěn)定或受到破壞從而引起振動(dòng)。潤(rùn)滑油壓過(guò)低或過(guò)高、油溫過(guò)高或過(guò)低，使油膜破壞或發(fā)生油膜振蕩，這將會(huì)使軸瓦烏金很快燒毀，進(jìn)而引起因受熱而使軸頸彎曲，以至造成劇烈的振動(dòng)。

2.2 機(jī)組在運(yùn)行中中心不正引起的振動(dòng)

(1)汽輪機(jī)啟機(jī)過(guò)程中，若暖機(jī)時(shí)間不夠，升速或者加負(fù)荷過(guò)快，引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷(xiāo)系統(tǒng)有卡澀，使汽缸不能自由膨脹，導(dǎo)致汽缸相對(duì)于轉(zhuǎn)子發(fā)生歪斜，機(jī)組產(chǎn)生不正常的位移，發(fā)生過(guò)大振動(dòng)[1]。

(2)機(jī)組在運(yùn)行中如遇真空度下降，引起排汽溫度過(guò)高，后軸承上抬，破壞機(jī)組的中心，引起振動(dòng)。臺(tái)板的熱脹冷縮對(duì)地腳螺栓和螺母壓緊力的影響會(huì)降低軸承座的連接剛度[2]。

(3)機(jī)組在進(jìn)汽溫度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范的條件下運(yùn)行，使汽缸變形增加，造成機(jī)組中心移動(dòng)超過(guò)允許的限度，引起振動(dòng)。水沖擊引起大軸彎曲后振動(dòng)，嚴(yán)重的甚至燒毀推力瓦。

(4)間隙振蕩。當(dāng)轉(zhuǎn)子因某種原因與汽缸不同心時(shí)，可能產(chǎn)生間隙振蕩，造成機(jī)組振動(dòng)值升高。

(5)轉(zhuǎn)子中心進(jìn)油。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)存油而未布滿時(shí)，在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度升高時(shí)，油與孔壁間產(chǎn)生熱交換，油吸熱而氣化。由于不同厚度的油膜與孔壁間熱交換程度不同，使轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生溫差，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)發(fā)生明顯的變化。

3 氣溫變化和排汽溫度變化對(duì)振動(dòng)影響分析

從以上引起機(jī)組振動(dòng)的原因分析看，調(diào)整負(fù)荷和油溫均無(wú)效，排除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)排汽溫度過(guò)高，導(dǎo)致后軸承上抬，破壞了機(jī)組的中心，引起機(jī)組振動(dòng)。氣溫下降，臺(tái)板的熱脹冷縮會(huì)影響對(duì)地腳螺栓和螺母的壓緊力，降低軸承座的連接剛度。

在查找機(jī)組振動(dòng)原因時(shí),往往比較注重負(fù)荷、油溫等參數(shù)的變化，很少將臺(tái)板的熱脹冷縮對(duì)地腳螺栓和螺母壓緊力的影響納入分析范圍。一般情況下,發(fā)電機(jī)的地腳螺栓都是在常溫狀態(tài)下安裝校緊的,運(yùn)行后廠房溫度上升，地腳螺栓和螺母壓緊力更大。當(dāng)廠房?jī)?nèi)溫度較高時(shí),螺栓螺母緊力增大；廠房?jī)?nèi)溫度逐漸降低,地腳臺(tái)板溫度隨之下降,臺(tái)板收縮,厚度減小,螺栓螺母緊力減小。2018年12月28日，將周?chē)T(mén)窗關(guān)閉，壞的窗用鐵皮封住后軸承振動(dòng)就開(kāi)始下降,2瓦橫向逐漸由87 μm下降到64 μm，說(shuō)明廠房?jī)?nèi)溫度上升，導(dǎo)致地腳螺絲熱量不能很快散發(fā),增大螺栓螺母的緊力。

機(jī)組真空和排汽缸溫度是相輔相成的，其中一個(gè)因素的變化會(huì)引起另一個(gè)因素的改變。5#機(jī)2瓦位于高壓排汽缸與低壓外缸之間，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對(duì)軸承座標(biāo)高的影響上，所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。凝汽器內(nèi)建立真空時(shí)，在大氣壓力作用下，排汽缸和位于其上的軸承座會(huì)下沉，真空變化的過(guò)程中，排汽缸溫度也會(huì)發(fā)生變化。5#機(jī)在凝汽器乙組投入后，真空和排汽溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致軸承振動(dòng)上升，采取減負(fù)荷等措施后無(wú)效；增加負(fù)荷5 MW，排汽溫度上升擾動(dòng)后，2#瓦軸向振動(dòng)從19∶30的120 μm下降至23∶00的88 μm。這充分說(shuō)明調(diào)整后軸承座標(biāo)高發(fā)生變化從而影響對(duì)中偏差，進(jìn)而影響到軸承振動(dòng)變化。

4 應(yīng)對(duì)措施

(1)在氣溫變化劇烈的情況下，特別是降溫明顯的時(shí)候，要加強(qiáng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，關(guān)好門(mén)窗，防止環(huán)境溫度變化使軸承座的熱脹冷縮對(duì)螺栓螺母緊力造成影響，也可用保溫包住螺栓螺母，保證螺栓螺母緊力。

(2)檢查地腳螺栓緊力，必要時(shí)可采取機(jī)械緊固措施。

(3)在真空度和排汽溫度變化時(shí)加強(qiáng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，真空度改變后，應(yīng)立即測(cè)取振動(dòng)值，穩(wěn)定半小時(shí)后再測(cè)一次振動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)組長(zhǎng)期在振動(dòng)大的情況下運(yùn)行，將增加不安全性，易引起金屬材料強(qiáng)度的減弱或疲勞斷裂、動(dòng)靜之間可能發(fā)生摩擦或碰撞、使軸承烏金脫殼，溫度升高、汽機(jī)出力受到限制、使管道振動(dòng)引起接合面等處泄漏。汽輪機(jī)組振動(dòng)增大的原因比較多，因此在判斷上有較大難度，運(yùn)行中如振動(dòng)增大則必須加強(qiáng)監(jiān)督檢查，應(yīng)及時(shí)分析運(yùn)行工作變化情況采取相應(yīng)的措施降低振動(dòng)。