王勝利

（陜西大唐蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 蒲城 715501）

0 引言

汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)火力發(fā)電至關(guān)重要。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中受各種因素影響，不可避免出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，輕則減負(fù)荷降效，重則直接導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，對(duì)機(jī)組壽命和機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有嚴(yán)重影響。如何做好汽輪機(jī)振動(dòng)故障預(yù)防、檢查及后期維護(hù)工作，保證發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定高效生產(chǎn)，是相關(guān)技術(shù)和管理人員值得認(rèn)真思考的問(wèn)題。

1 汽輪機(jī)的振動(dòng)故障分類

導(dǎo)致汽輪機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)故障的因素有很多，常見(jiàn)的機(jī)組振動(dòng)原因有：

（1）汽流激蕩和軸承油膜振蕩引起的振動(dòng)。①葉片受到不均衡的汽流沖擊產(chǎn)生汽流激蕩，對(duì)于較長(zhǎng)的末級(jí)葉片，蒸汽在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道絮亂，引起振動(dòng)；②油膜不穩(wěn)定或者被破壞，將會(huì)引起軸瓦烏金被燒毀，受熱引起軸頸彎曲，引起振動(dòng)。

（2）機(jī)組運(yùn)行中心不正引起的振動(dòng)。①機(jī)組運(yùn)行期間真空降低，會(huì)使低壓缸排汽溫度升高，后軸承座受熱微微向上抬起，破壞機(jī)組的中心，引起振動(dòng)；②汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，若暖機(jī)時(shí)間不夠，升速或者加負(fù)荷過(guò)快，會(huì)引起汽缸熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)存在卡澀，使汽缸不能自由膨脹，都會(huì)導(dǎo)致汽缸對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)偏斜，引起振動(dòng)；③機(jī)組在進(jìn)汽溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值的條件下運(yùn)行，會(huì)使脹差和汽缸變形增加，造成機(jī)組中心移動(dòng)超過(guò)運(yùn)行限度，引起振動(dòng)；④設(shè)備安裝時(shí)中心偏差大，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，且此振動(dòng)是隨負(fù)荷的增加而增加的。

（3）轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲引起的振動(dòng)。①轉(zhuǎn)子永久性彎曲引起的振動(dòng)，若轉(zhuǎn)子承受的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)子的局部產(chǎn)生塑性變形，且此變形應(yīng)力消除后不會(huì)消失。生產(chǎn)中設(shè)備轉(zhuǎn)子若發(fā)生永久性彎曲，必須進(jìn)行直軸處理，否則會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。②轉(zhuǎn)子彈性熱彎曲引起的振動(dòng)，表現(xiàn)為軸向振動(dòng)，例如：當(dāng)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其軸向振幅增大較為顯著。

（4）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)。①轉(zhuǎn)子找平衡時(shí)，未能消除不平衡余量，或者轉(zhuǎn)子上某些部件出現(xiàn)松動(dòng)，均會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡；②設(shè)備運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子葉片損壞、磨損、結(jié)垢，均會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。

（5）汽輪機(jī)安裝部件松動(dòng)引起的振動(dòng)。汽輪機(jī)外部零件松動(dòng)，會(huì)引起振動(dòng)，例如：地腳螺絲、基礎(chǔ)等松動(dòng)。

（6）發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障引起的振動(dòng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間的間隙不均勻、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈短路等，均會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)。

（7）汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生摩擦引起的振動(dòng)。軸頸和軸承烏金側(cè)向間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)染鶗?huì)引起摩擦，引起振動(dòng)。

（8）水沖擊引起的振動(dòng)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間，蒸汽帶水進(jìn)入汽缸內(nèi)發(fā)生水沖擊，將會(huì)造成軸承推力增大，產(chǎn)生較大的不平衡扭力，引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成推力瓦被燒毀。

2 常見(jiàn)振動(dòng)故障診斷

運(yùn)行中可以根據(jù)汽輪機(jī)振動(dòng)方式的不同來(lái)對(duì)其故障進(jìn)行有效、精準(zhǔn)的判斷，首先對(duì)故障的特性進(jìn)行仔細(xì)觀察，做好相應(yīng)的研究和分析，找到故障所在。①收集振動(dòng)特征以及相關(guān)信息。振動(dòng)的特征主要包括頻率、振幅與相位、振動(dòng)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系以及振動(dòng)的趨勢(shì)；以及其他關(guān)聯(lián)信息內(nèi)容，包括機(jī)組的日常、機(jī)組大小修檢修情況以及機(jī)組運(yùn)行情況等。②分析故障機(jī)理。剔除故障的頻譜特征、趨勢(shì)特征，以及其它相關(guān)的特征內(nèi)容，從而為故障的具體診斷提供相應(yīng)的參考依據(jù)[1]。③對(duì)汽輪機(jī)故障進(jìn)行診斷，目的是高效排除多發(fā)故障，采取相應(yīng)的措施解決，保證汽輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性[2]。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)危害和處理

3.1 汽輪機(jī)振動(dòng)的危害

①端部軸封磨損造成低壓汽缸漏真空，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；隔板汽封磨損嚴(yán)重，使級(jí)間漏氣增大，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，且會(huì)引起轉(zhuǎn)子的軸向推力，引起推力瓦過(guò)載；高中壓缸漏汽量大，會(huì)使轉(zhuǎn)子軸頸局部受熱發(fā)生熱彎曲，水分進(jìn)入潤(rùn)滑油，破壞油膜。②轉(zhuǎn)動(dòng)部件材料的疲勞度降低，引起葉片、輪盤等損壞。③動(dòng)靜部分摩擦，引起轉(zhuǎn)子局部受熱發(fā)生彎曲甚至永久性彎曲。④滑銷磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響機(jī)組正常熱膨脹，從而引起嚴(yán)重事故。⑤發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組部件松動(dòng)、碳刷損壞。⑥造成危急遮斷器誤動(dòng)作。⑦造成調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定，引起調(diào)速系統(tǒng)事故[3]。

3.2 汽輪機(jī)振動(dòng)的處理

①當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間振動(dòng)增大，或者發(fā)出異常聲音時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)可能引起機(jī)組振動(dòng)的原因以及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢查分析。首先檢查主汽門及調(diào)節(jié)汽門是否開(kāi)啟正常，上下缸溫差是否正常，機(jī)組熱膨脹是否均勻，機(jī)組負(fù)荷和蒸汽溫度是否突然變化；其次檢查潤(rùn)滑油溫、油壓是否正常，檢查軸承回油溫度及軸承烏金溫度是否正常；若以上方法查不到問(wèn)題所在，可以適當(dāng)改變機(jī)組負(fù)荷、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，觀察振動(dòng)變化情況，并做好記錄，對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。②若未能查到振動(dòng)原因，應(yīng)聯(lián)系專業(yè)人員對(duì)振動(dòng)頻譜進(jìn)行測(cè)量，確定振動(dòng)原因并采取措施減輕或消除振動(dòng)源。③振動(dòng)超過(guò)運(yùn)行極限值時(shí)，應(yīng)緊急停機(jī)進(jìn)行處理；當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)或汽輪機(jī)內(nèi)發(fā)出明顯的金屬響聲時(shí)，應(yīng)立即破壞真空緊急停機(jī)[4]。

4 振動(dòng)故障診斷實(shí)例分析

2019年11月29日，1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)9瓦振動(dòng)大。2019年11月29日至12月1日，1號(hào)機(jī)組總共啟動(dòng)6次，均在2300rpm以后9瓦出現(xiàn)振動(dòng)突然增大，迅速在1min內(nèi)達(dá)到210μm，機(jī)組被迫手動(dòng)打閘。振動(dòng)上升過(guò)程如圖1所示。

圖1 9瓦振動(dòng)圖

軸系結(jié)構(gòu)圖及臨界區(qū)域設(shè)置如圖2所示。

圖2 軸系結(jié)構(gòu)圖及臨界區(qū)域設(shè)置

振動(dòng)峰值時(shí)各瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 機(jī)組2300rpm時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

9瓦軸振伯德圖與頻譜如圖4～7所示。

圖4 9X方向伯德圖

圖5 機(jī)組2300rpm時(shí)9X方向頻譜圖

圖6 9Y方向伯德圖

圖7 機(jī)組2300rpm時(shí)，9Y方向頻譜圖

9號(hào)瓦軸振動(dòng)幅度增大時(shí)，同時(shí)也影響著相鄰的10號(hào)瓦軸，但是通過(guò)降低無(wú)功功率的方法也依舊無(wú)法改變振動(dòng)異常情況。因此對(duì)9號(hào)瓦軸的振動(dòng)故障開(kāi)始進(jìn)行分析診斷[5]。

4.1 振動(dòng)故障分析

軸系振動(dòng)增大主要表現(xiàn)為9、10瓦在進(jìn)入第二臨界區(qū)以后振動(dòng)迅速增大，而10瓦振動(dòng)增大主要由9瓦振動(dòng)增大后引起。就地檢查蓋振也隨軸振相應(yīng)增大，就地檢查各瓦頂軸油壓力在頂軸油泵停止前后波動(dòng)不大，進(jìn)入臨界區(qū)后油膜壓力正常穩(wěn)定。根據(jù)9瓦現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試振動(dòng)頻譜判斷，振動(dòng)增大原因?yàn)?瓦油膜產(chǎn)生渦動(dòng)引起，后經(jīng)過(guò)油溫（40～45℃）和背壓（7～13kPa）調(diào)整，均未產(chǎn)生效果。

鑒于幾種嘗試對(duì)油膜渦動(dòng)現(xiàn)象影響甚微，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組的振動(dòng)主要和轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且波動(dòng)均出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速階段，由此推斷出主軸與軸承發(fā)生動(dòng)靜摩擦、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子脫空、軸瓦支撐剛度降低等都可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組振動(dòng)突變，因此，檢查振動(dòng)故障時(shí)要重點(diǎn)對(duì)9瓦瓦枕螺栓松動(dòng)情況、支撐瓦磨損情況、間隙數(shù)據(jù)情況進(jìn)行檢查。

4.2 檢修方法

對(duì)9瓦進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)9瓦瓦枕螺栓存在松動(dòng)現(xiàn)象；復(fù)查了9瓦枕緊力、間隙數(shù)值合格，檢查9瓦的磨損情況，結(jié)果顯示，上下瓦均存在不同程度磨損情況。處理措施首先對(duì)9瓦嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修刮，其次在瓦枕回裝時(shí)將瓦枕螺栓緊固到檢修要求0-3絲緊力。2019年12月10日，1號(hào)機(jī)組再次啟動(dòng)時(shí)，各軸瓦振動(dòng)均在正常范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電能的需求量前所未有地增長(zhǎng)，電力企業(yè)的平穩(wěn)運(yùn)行顯得尤為重要，而汽輪機(jī)組的性能對(duì)火電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生直接影響。汽輪機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)振動(dòng)故障，將直接導(dǎo)致火電廠機(jī)組停運(yùn)。因此，需要做好汽輪機(jī)組的日常保養(yǎng)維護(hù)，降低設(shè)備振動(dòng)故障率；針對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)故障特點(diǎn)進(jìn)行有效診斷和維修，從而提高電廠汽輪機(jī)使用效率和運(yùn)行壽命。