苗 程

（華電龍口發(fā)電有限公司，山東 龍口 265700）

引言

汽輪機(jī)設(shè)備的異常振動(dòng)嚴(yán)重影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)振動(dòng)過(guò)高而停機(jī)的現(xiàn)象，造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。汽輪機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題受到很多因素的影響，通過(guò)深入分析汽輪機(jī)振動(dòng)問(wèn)題并進(jìn)行防治處理，可有效提高汽輪機(jī)運(yùn)行效率，保障電力穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

1 汽輪機(jī)振動(dòng)危害分析

振動(dòng)即指物體偏離原有位置，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換使其產(chǎn)生了一定的位移，一般情況下的振動(dòng)并不會(huì)損害到汽輪機(jī)設(shè)備，不會(huì)影響到汽輪機(jī)的正常工作，但振動(dòng)幅度超過(guò)某一范圍時(shí)，就會(huì)影響到汽輪機(jī)設(shè)備的作業(yè)效率甚至造成停機(jī)磨損。產(chǎn)生振動(dòng)的原因是多樣的，在進(jìn)行檢修維護(hù)工作時(shí)要對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)幅度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制在0.05 mm之內(nèi)則可滿足要求，否則會(huì)出現(xiàn)軸中心位置變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路出現(xiàn)堵塞或軸承磨損等汽輪機(jī)的異常振動(dòng)情況，很容易產(chǎn)生汽輪機(jī)設(shè)備零件松動(dòng)，造成內(nèi)部摩擦磨損，從而縮短汽輪機(jī)設(shè)備的使用壽命[1]。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析

引起汽輪機(jī)設(shè)別振動(dòng)的原因主要包括油膜失穩(wěn)、受熱膨脹不均勻、動(dòng)靜摩擦以及氣流震蕩等。

1）油膜失穩(wěn)。油膜振動(dòng)和半速渦動(dòng)會(huì)引發(fā)汽輪機(jī)設(shè)備的振動(dòng)現(xiàn)象，尤其是當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不足第一臨界轉(zhuǎn)速的一半時(shí)就會(huì)出現(xiàn)半速渦動(dòng)現(xiàn)象，而且伴隨著振動(dòng)會(huì)一直持續(xù)到最高轉(zhuǎn)速。因此在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷變化的過(guò)程中，這個(gè)渦動(dòng)的頻率也會(huì)隨之變化，可以根據(jù)這一點(diǎn)對(duì)半速渦動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行判斷，避免汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生[2]。

2）受熱膨脹不均勻。引起這種現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)闅飧着蛎浭茏杌蚣訜岵痪鶆蛟斐傻?，使得汽輪機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)子中心出現(xiàn)偏差，軸承位置標(biāo)高出現(xiàn)變化，產(chǎn)生了機(jī)械振動(dòng)。

3）動(dòng)靜摩擦。汽輪機(jī)在持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，隨著動(dòng)靜間隙的不斷減少，各零件之間的碰撞情況也就更容易產(chǎn)生，也就極易引起汽輪機(jī)設(shè)備的劇烈振動(dòng)，甚至出現(xiàn)軸承的變形破壞掉整個(gè)軸承結(jié)構(gòu)，造成汽輪機(jī)設(shè)備停機(jī)，引發(fā)更大的安全事故及經(jīng)濟(jì)損失。

4）氣流震蕩。為提高汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率，通常會(huì)通過(guò)增大跨距來(lái)降低臨界轉(zhuǎn)速，而汽輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的差距增大時(shí)，汽輪機(jī)軸系統(tǒng)便會(huì)變得不穩(wěn)定。在通流部分徑向間隙出現(xiàn)轉(zhuǎn)子彎曲，兩側(cè)間隙不同，軸徑受到的切向力變大，從而使軸出現(xiàn)正向渦動(dòng)現(xiàn)象。葉輪流通部的相互作用也會(huì)使得葉輪圍帶與汽輪機(jī)殼之間的間隙變大，導(dǎo)致輪帶失穩(wěn)磨損，進(jìn)一步增大間隙以及切向力，也就產(chǎn)生了更大的振動(dòng)。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)問(wèn)題防治處理

3.1 汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢修，必須建立完善的汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)人腦神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，來(lái)模仿人對(duì)信息的處理過(guò)程。工作人員在汽輪機(jī)機(jī)頭部分以及易發(fā)生振動(dòng)部分布設(shè)傳感器等采集裝置以及機(jī)械箱對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，采集到的信號(hào)將存儲(chǔ)于特定文件中，并將采集到的信號(hào)進(jìn)行處理后依據(jù)故障特征進(jìn)行振動(dòng)原因診斷處理，從而對(duì)汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，進(jìn)行后續(xù)檢修工作[3]。

3.2 油膜失穩(wěn)防護(hù)

在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)適當(dāng)提高軸系穩(wěn)定性以及系統(tǒng)阻尼，同時(shí)通過(guò)加強(qiáng)汽輪機(jī)的制造工藝技術(shù)來(lái)提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。汽輪機(jī)油膜失穩(wěn)防護(hù)主要是通過(guò)加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備的日常檢修維護(hù)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體操作可以增大對(duì)比壓以及負(fù)載，降低軸承寬度等。同時(shí)在提升汽輪機(jī)油溫問(wèn)題時(shí)可適當(dāng)增大承載系數(shù)，降低潤(rùn)滑油的粘連效果，但這種方式會(huì)影響到油膜的厚度，造成油質(zhì)老化等問(wèn)題。

3.3 氣流震蕩防治

氣流震蕩問(wèn)題是造成汽輪機(jī)設(shè)備振動(dòng)的主要原因，因此為避免氣流震蕩帶來(lái)的影響，在進(jìn)行汽輪機(jī)設(shè)備制造過(guò)程中就應(yīng)通過(guò)反旋渦技術(shù)手段來(lái)對(duì)流體的軸向運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行干擾，達(dá)到提升流體失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速的效果。同時(shí)還可以通過(guò)對(duì)軸承外形進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)干擾汽輪機(jī)軸向旋流，降低切向力保證轉(zhuǎn)子在更高速度下保持穩(wěn)定，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。

3.4 其他問(wèn)題的防治

對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備的受熱膨脹不均勻問(wèn)題造成的振動(dòng)進(jìn)行處理，由于加熱不均勻的原因主要是因?yàn)槭軣崤c加熱期間的阻礙引起的，因此在使用汽輪機(jī)設(shè)備時(shí)就要做好預(yù)先檢驗(yàn)工作，對(duì)汽輪機(jī)管道進(jìn)行疏水清洗工作。當(dāng)遇到金屬氣缸與再熱壓力間出現(xiàn)受力不穩(wěn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)對(duì)故障原因進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)或間歇使用汽輪機(jī)設(shè)備來(lái)排除運(yùn)行故障，同時(shí)應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)各零件的變形情況進(jìn)行檢測(cè)，以便做到故障零件的及時(shí)更替以及對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整。

對(duì)汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)效果進(jìn)行處理，主要是對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，一般汽輪機(jī)設(shè)備動(dòng)靜摩擦的產(chǎn)生都是在參數(shù)設(shè)置不合理情況下產(chǎn)生的。通過(guò)降低汽輪機(jī)的運(yùn)行效率或?qū)α悴考募皶r(shí)更換調(diào)整，來(lái)避免出現(xiàn)動(dòng)靜摩擦現(xiàn)象，還可以通過(guò)涂油脂等手段來(lái)增加零件間的潤(rùn)滑效果。

4 汽輪機(jī)振動(dòng)防治案例分析

4.1 實(shí)際振動(dòng)問(wèn)題

汽輪機(jī)軸系瓦位位置如圖1所示，在沖轉(zhuǎn)時(shí)操作人員控制四個(gè)開度高調(diào)閥噴嘴同步進(jìn)汽，在中壓缸的下半左右側(cè)接入了兩個(gè)中壓聯(lián)合氣閥，聯(lián)合氣閥的流量調(diào)節(jié)至30%以下時(shí)，再熱器基本可以保持壓力不變，而當(dāng)流量調(diào)節(jié)至30%以上時(shí)，需下達(dá)全開指令，利用高壓閥調(diào)節(jié)負(fù)荷。此時(shí)汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了異常軸振現(xiàn)象，然后發(fā)生了跳機(jī)現(xiàn)象，通過(guò)初步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)軸系各處的軸振現(xiàn)象明顯變多，而且中高壓缸處的最大振幅超過(guò)了290μm。同時(shí)，軸振的不斷增加也導(dǎo)致瓦振頻率同步增大，而且振動(dòng)頻率與軸振基本相同。

圖1 機(jī)組軸系高壓布置示意圖

4.2 振動(dòng)原因及處理方案

1）依據(jù)故障數(shù)據(jù)分析。汽輪機(jī)設(shè)備發(fā)生軸振的原因很多，而且大都相互影響，因此必須對(duì)軸振發(fā)生的各原因進(jìn)行分析并進(jìn)行針對(duì)性處理。在汽輪機(jī)初始啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)時(shí)，高壓缸軸承基本未發(fā)生改變，此時(shí)的軸系基本處于平衡狀態(tài)，軸承保持良好的支承剛度。故障發(fā)生前，機(jī)組軸系與配汽均運(yùn)行良好。因此，維修人員應(yīng)找出非軸系引發(fā)故障的控制因素，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，圖1位置中3號(hào)瓦振運(yùn)行期間為出現(xiàn)異常，因此故障位置出現(xiàn)在1號(hào)以及2號(hào)之間。

2）軸振故障原因分析。由于在高頻運(yùn)行下的故障與碰撞故障類似，在軸系出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)速基本處于臨界狀態(tài)，軸系極易受到外界干擾，此時(shí)出現(xiàn)的軸振也較為劇烈，這種現(xiàn)象在各大電廠中出現(xiàn)的頻率也較高，嚴(yán)重影響到了汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

3）軸振處理方案。上述分析可以看出，動(dòng)靜葉片以及軸瓦碰撞是軸系發(fā)生異常的主要影響因素，在沒(méi)有進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電前，機(jī)組沖轉(zhuǎn)起機(jī)造成了氣缸膨脹堵塞，而且汽輪機(jī)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的相互耦合使得振動(dòng)頻率增幅明顯，極易出現(xiàn)跳機(jī)現(xiàn)象，從而造成機(jī)組的劇烈磨損，具體如圖2所示?？梢钥闯?，1號(hào)和2號(hào)發(fā)生軸振而且運(yùn)行過(guò)程也很不穩(wěn)定，汽輪機(jī)機(jī)組在快速增加負(fù)荷階段對(duì)第三閥進(jìn)行了負(fù)荷調(diào)節(jié)，負(fù)荷頻率的突變也增大了轉(zhuǎn)子徑向位移，也就導(dǎo)致了磨損現(xiàn)象的發(fā)生。因此汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象也就較為嚴(yán)重，此時(shí)通過(guò)電渦流傳感器對(duì)動(dòng)靜部位的碰撞效果進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行定位。同時(shí)通過(guò)機(jī)械測(cè)振表對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行定位檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子受熱不均勻造成了轉(zhuǎn)子的熱彎曲現(xiàn)象，轉(zhuǎn)軸也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的磨損。通過(guò)更換零件并涂抹油脂潤(rùn)滑，同時(shí)減緩汽輪機(jī)運(yùn)行效率，動(dòng)靜摩擦現(xiàn)象得到有效緩解，汽輪機(jī)運(yùn)行也更為平穩(wěn)。

圖2 并行后軸振動(dòng)變化情況

5 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行是電力工作穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析并提出具體防治舉措，才能保證汽輪機(jī)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，保證電量的穩(wěn)定供應(yīng)，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。