李同勇

（大慶石化公司設(shè)備維修中心，黑龍江 大慶 163000）

1 分析汽輪機異常振動原因的重要意義

汽輪機是發(fā)電機組的重要組成部分，不過，由于其運行周期較長，所以在實際運行時其關(guān)鍵部件可能會產(chǎn)生穩(wěn)定性下降的問題，從而導(dǎo)致發(fā)電機組的運行穩(wěn)定與安全受到一定程度的影響。而在汽輪機組故障中，一個較為常見其復(fù)雜的問題就是異常振動，引發(fā)該問題的因素眾多，只要與汽輪機設(shè)備相關(guān)的零件均可能會導(dǎo)致其出現(xiàn)異常振動，如油溫、油質(zhì)、轉(zhuǎn)子以及進汽參數(shù)等，所以唯有對其出現(xiàn)異常振動的原因進行分析與探討，方可針對性地進行處理，確保發(fā)電機組的運行正常與穩(wěn)定。

2 汽輪機異常振動的原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

汽輪機在運行環(huán)節(jié)出現(xiàn)葉片脫落、折斷、結(jié)垢、腐蝕、不均勻磨損等情況，均會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的問題產(chǎn)生。例如，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組不平衡、松動等均會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的情況發(fā)生。一旦出現(xiàn)該問題就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子每次轉(zhuǎn)動一周均要承受不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力影響，久而久之，就會導(dǎo)致振動。此外，轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性彎曲也會導(dǎo)致振動的情況出現(xiàn)。轉(zhuǎn)子彎曲即便不會導(dǎo)致汽輪機內(nèi)動靜部件發(fā)生摩擦，也會導(dǎo)致振動。具體振動特征類似由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引發(fā)振動的情況，其區(qū)別在于該類振動的軸向振動較為明顯，尤其是達到轉(zhuǎn)速臨界過程中，會產(chǎn)生巨大的軸向振幅。

2.2 轉(zhuǎn)子熱變形

如果產(chǎn)生轉(zhuǎn)子變形的情況，也會導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動出現(xiàn)不平衡，從而引發(fā)汽輪機異常故障。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱變形的原因主要包括轉(zhuǎn)子沒有均勻冷卻、中心孔進油、氣缸動靜摩擦、冷空氣進入等。在機組冷態(tài)啟機定速后的帶負荷階段，轉(zhuǎn)子溫度逐步上升，材質(zhì)釋放應(yīng)力而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱變形，使得轉(zhuǎn)子的振動頻率大幅增加，從而引發(fā)轉(zhuǎn)子變形的問題。

2.3 氣流激振

導(dǎo)致大型汽輪機組出現(xiàn)異常振動的一個重要原因就是氣流激振，因為相較普通汽輪機來說，大型汽輪機組的末級較長，因此在葉片膨脹末端氣體極易出現(xiàn)流道紊亂的問題，從而導(dǎo)致氣流激振的現(xiàn)象出現(xiàn)，引發(fā)異常振動。一旦出現(xiàn)氣流激振故障，要求有關(guān)人員判斷汽輪機組有無出現(xiàn)大量值的低頻分量，還有運行參數(shù)的幅值變化是否出現(xiàn)振幅過大的情況。所以，要想避免因為氣流激振而導(dǎo)致大型機組出現(xiàn)異常振動的情況，筆者認為應(yīng)當(dāng)在規(guī)定參數(shù)下運行汽輪機組，避免其長期運行在低壓低溫環(huán)境，而且還需要合理地控制汽輪機的升負荷率，避免由于負荷波動過大而導(dǎo)致氣流激振的情況出現(xiàn)。

2.4 油膜震蕩

如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子運行速度過快的時候穩(wěn)定性不足，就會導(dǎo)致油膜震蕩的情況出現(xiàn)，進而引發(fā)汽輪機出現(xiàn)異常振動。通常是基于軸承油膜上實現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在運行穩(wěn)定的情況下旋轉(zhuǎn)軸線也穩(wěn)定，反之，轉(zhuǎn)軸環(huán)繞軸線轉(zhuǎn)動過程中，軸線也會出現(xiàn)渦動，一旦其速度達到轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速便會出現(xiàn)共振，半速渦動會在短時間內(nèi)變大，使得汽輪機振動異常劇烈。概況來說，油膜震蕩主要有如下幾方面特點：（1）出現(xiàn)油膜震蕩過程中，振幅會大幅增加，同時即便轉(zhuǎn)速不斷上升振動也不會降低。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速上升后油膜震蕩的主頻率亦不會出現(xiàn)改變，同時幾乎和發(fā)電機一階臨界轉(zhuǎn)速相同。（3）低頻與工頻分量一同存在于油膜震蕩的振幅當(dāng)中。（4）在出現(xiàn)油膜震蕩過程中頂軸油壓會產(chǎn)生大幅擺動，并且還會有金屬碰撞的聲音出現(xiàn)。（5）如果油膜振動較為激烈還能夠用肉眼發(fā)現(xiàn)主軸外露部位出現(xiàn)顫動。

2.5 調(diào)速系統(tǒng)問題

如果電磁閥接通電源后，主汽門并無反應(yīng)，就會導(dǎo)致汽輪機不能運轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生異常振動現(xiàn)象。歸根結(jié)底是由于主汽門活動油路受阻，導(dǎo)致接通電磁閥電源后閥體活塞并無反應(yīng)。此外，DEH控制指令變更，機組負荷出現(xiàn)不規(guī)則擺動同樣會導(dǎo)致汽輪機異常振動的情況發(fā)生。調(diào)整機組負荷到0，汽輪機調(diào)速系統(tǒng)不能運行，將緊急保安器開啟也沒有反應(yīng)，唯有將自動主氣閥門關(guān)閉后方可停止。導(dǎo)致該問題出現(xiàn)通常是因為壓力變換器、油動機活塞被卡導(dǎo)致，部件內(nèi)部的進回油孔被許多油泥堵塞，并且調(diào)速系統(tǒng)保護裝置卡住無法運轉(zhuǎn)、系統(tǒng)中高調(diào)門抖動，導(dǎo)致負荷波動同樣會導(dǎo)致波動問題出現(xiàn)。

3 汽輪機異常振動的維修方法

3.1 對汽輪機振動故障因子進行核查

第一，如果汽輪機有摩擦振動情況出現(xiàn)，這主要是由于溫度過高而導(dǎo)致整體機組發(fā)生彎曲變形，從而導(dǎo)致機組的不平衡力變大。所以要求維修工作人員能夠調(diào)節(jié)振動信號工頻為主頻，使其可以將細小的高頻、分頻以及倍頻分量顯示出來。第二，產(chǎn)生摩擦問題情況下，會導(dǎo)致機組中的相位與幅值出現(xiàn)浮動，并且將會維持一段較長時間。如若摩擦情況較為嚴重，那么會導(dǎo)致振動明顯增加，進而導(dǎo)致機組中的相位與振幅波動停止。

3.2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的應(yīng)對

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的故障在整體汽輪機組振動故障中約占比重80%，導(dǎo)致該問題出現(xiàn)的原因有：自身不平衡，或是部件在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)松動或脫落。其中自身不平衡主要是因為加工制造中存在缺陷引起的，或是在實際檢修時質(zhì)量不達標(biāo)而引起的。對于該類問題，要求工作人員在年度大修中要對其檢修質(zhì)量進行嚴格把控。在部件在轉(zhuǎn)動時出現(xiàn)松動可能是連軸器、槽楔、轉(zhuǎn)子線圈、護環(huán)，出現(xiàn)飛脫可能是拉金、圍帶、葉片和平衡質(zhì)量塊等。這些部件的松動或是飛脫均可能致使汽輪機機組出現(xiàn)異常振動，所以要求技術(shù)人員在年度大修中務(wù)必要對機組振動內(nèi)部組件穩(wěn)固情況進行仔細檢查，一旦出現(xiàn)松動或是飛脫等情況，要在第一時間進行處理。

3.3 轉(zhuǎn)子熱變形的應(yīng)對

如果汽輪機組在運行過程中出現(xiàn)永久性彎曲的問題，必定會給企業(yè)帶來巨大的損失。如果有永久性彎曲的現(xiàn)象發(fā)生，工作人員可以采取直接使用直軸的方式進行處理。除此之外，在日常運行過程中，工作人員還可采取有效的措施防止永久性彎曲的故障出現(xiàn)。在對汽輪機進行安裝過程中，需要將其熱狀態(tài)下的變化考慮在內(nèi)，對其動靜間隙實施有效調(diào)整，從而保證其運行過程中不會有動靜摩擦的產(chǎn)生。在運行過程中，需要確保氣缸的保溫條件良好，保證其在啟動和停機過程中上下部的溫度差異不會過大。此外，需要確保抽氣、主蒸汽以及再熱蒸汽管道具備較好的疏水體系。如果汽輪機組停機后需要將聯(lián)系公用系統(tǒng)的所有水源切斷，避免有水分進到氣缸中。在汽輪機組運行過程中，要求工作人員能夠密切關(guān)注機組振動情況，做到盡早發(fā)現(xiàn)動靜摩擦。如果汽輪機組轉(zhuǎn)速沒有超過第一臨界數(shù)值的情況下其軸承振動達到0.04mm時，務(wù)必要打閘停機，不可擅自將其速度降低或升高。將汽輪機組啟動前，務(wù)必要對其主軸的晃動、沖轉(zhuǎn)參數(shù)以及上下缸的溫差進行認真檢查，如果機組沖轉(zhuǎn)條件不允許，那么不得啟動。

3.4 汽流激振的應(yīng)對

每次均要花費較長時間來記錄氣流激振故障中的機組振動數(shù)據(jù)以及機組滿負荷時的數(shù)據(jù)，并將其繪制為成組曲線，由工作人員對其變化以及趨勢進行分析與觀察。將升降負荷速率進行更改，給水量由 5T/h逐步到50T/h的，對曲線的變動情況進行觀察。通過轉(zhuǎn)變汽輪機在不同負荷情況下高壓調(diào)速氣門重調(diào)的特征來消除氣流激振。簡而言之，就是先確定汽輪機組出現(xiàn)氣流激振時的狀態(tài)，采取繞開出現(xiàn)氣流激振負荷區(qū)域或是將負荷變化率減小等方法降低出現(xiàn)氣流激振出現(xiàn)的概率。

3.5 油膜震蕩的應(yīng)對

通過查閱相關(guān)資料還有實驗發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)油膜震蕩過程中可以采取如下幾點應(yīng)對方法：（1）在規(guī)定數(shù)值內(nèi)將軸瓦比壓提升；（2）盡可能將軸瓦間隙縮小到最小值，這樣一來，就能大幅降低振動頻率與強度；（3），需盡量減小軸瓦和軸頸間的接觸角；（4）選用適宜的潤滑油，出現(xiàn)油膜震蕩的故障需要選用黏性偏小的潤滑油；（5）盡量確保受力均衡可以發(fā)揮起良好的預(yù)防作用。出現(xiàn)油膜震蕩過程中需要采取有效的應(yīng)對方式，而這大部分情況下都取決于工作人員的專業(yè)技能以及經(jīng)驗。

3.6 調(diào)速問題的應(yīng)對

首先，要求工作人員仔細觀察高壓主汽門電磁閥運行情況是否正常，拆開活動電磁閥，將其電源連接觀察電磁閥運行有無異常。其次，對主汽門活動排油路與油動機活塞底部高壓油進行仔細檢查觀察其有無受阻，并實施清潔工作。再者，如若出現(xiàn)活塞以及滑閥受卡而無法取出的情況，則要求安排專門的汽輪機拆解人員來將其取出，并做好閥門的清理工作，隨后再將其安裝并實施試驗。此外，對于調(diào)門擺動的情況，要求工作人員能夠分解其機械部分，或是調(diào)試控制部分，觀察波動現(xiàn)象有無消除，判斷調(diào)門自身有無存在問題。

4 結(jié)語

在石油化工生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)異常振動的原因比較多，在汽輪機實際維修過程中，要求技術(shù)人員能夠正確掌握導(dǎo)致汽輪機異常振動的原因，并采取針對性的維修方法，以切實提高汽輪機運行的穩(wěn)定性，保障石油化工生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行。