夏永高

（上海電建上海電力安裝第二工程公司，上海 200235）

汽輪機(jī)的面世無疑給世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了蓬勃?jiǎng)恿?，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽輪機(jī)沿用至今，顯而易見地說明了汽輪機(jī)的重要地位，無論是過去還是當(dāng)今時(shí)代，汽輪機(jī)帶來的動力影響是不容小覷的。所以，即使是汽輪機(jī)運(yùn)行過程中存在的一些微小的問題，在長期積累下也可能造成設(shè)備的重大故障和事故，汽輪機(jī)的振動問題作為長期存在的一個(gè)不利因素，更應(yīng)該得到重視，避免其持續(xù)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，不利于工業(yè)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。汽輪機(jī)的振動問題受到多種多樣的因素關(guān)聯(lián)，并不是一個(gè)簡單的處理事項(xiàng)，它是一個(gè)動態(tài)的、復(fù)雜的影響，需要具體情況具體分析，本文通過對此問題逐步深入地分析，探求背后的發(fā)生原因，并對癥下藥，來保障汽輪機(jī)的運(yùn)行安全問題，保證汽輪機(jī)運(yùn)行的連貫性，提高汽輪機(jī)設(shè)備的工作效率，最終維護(hù)電力生產(chǎn)的穩(wěn)定性和高效持續(xù)性（圖1 為汽輪機(jī)機(jī)組配置方式）。

圖1

1 汽輪機(jī)振動危害分析

首先，我們要明白汽輪機(jī)振動的含義是什么，“振動”在這里指的是物體偏離原有的位置，也就是在運(yùn)行過程中逐漸“脫軌”，這是汽輪機(jī)運(yùn)行中的正?，F(xiàn)象。運(yùn)行是一個(gè)動態(tài)過程，運(yùn)動位置可以存在些許誤差，運(yùn)動偏離規(guī)定位置少許是在允許范圍之內(nèi)的。但是，如果振動幅度超過某一安全范圍會造成什么樣的影響呢？就像火車跑軌道摩擦邊軌一樣，偶爾的振動摩擦“無傷大雅”，長此以往，振動會造成部件的磨損耗盡，加速設(shè)備內(nèi)部的損壞，久而久之，就會使得設(shè)備的工作效率大大降低，還會造成設(shè)備的永久報(bào)廢，所以振動的危害猶如“水滴石穿”，細(xì)小的誤差偏離是正常情況，可一旦超過某一閾值，則安全性能不能保證，影響到作業(yè)是必然的，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備的停機(jī)磨損，直接影響機(jī)器設(shè)備的工作效率，從而阻礙整個(gè)電力生產(chǎn)的發(fā)展。

產(chǎn)生振動的原因也是多樣的，這些原因會在下文通過具體情況具體分析，正因?yàn)檎駝訂栴}在汽輪機(jī)的正常運(yùn)行過程中，是一件長期存在的不利因素，某種程度來說，也是一個(gè)難以避免的問題，機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行即使按部就班循規(guī)蹈矩地規(guī)范使用，依然會避免不了發(fā)生意外，所以及時(shí)的檢修才是必不可少的。檢修工作要對振動幅度進(jìn)行勘測，安全范圍在0.05mm 之內(nèi)，一旦偏離閾值，則會出現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部零件磨損的情況，設(shè)備零件長期磨損則會出現(xiàn)異常松動，影響工作效率事小，突然停機(jī)則會后患無窮。

2 汽輪機(jī)振動原因分析

2.1 汽輪機(jī)的油膜失穩(wěn)

油膜振動和半速渦動都會引發(fā)汽輪機(jī)設(shè)備的振動問題，半速渦動更是其中占比較大的原因。什么是半速渦動呢？當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度跟不上第一臨界轉(zhuǎn)動速度的1/2 時(shí)，半速渦動的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，與此同時(shí)，這個(gè)現(xiàn)象會伴隨著振動問題的存在一直持續(xù)到最高轉(zhuǎn)速。在達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的過程中，存在的振動問題一直關(guān)聯(lián)著設(shè)備的耗損問題，需要在這個(gè)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題才能減少設(shè)備的摩擦損耗。那么，如何解決這個(gè)問題呢？要想找到解決方法，必然是要弄明白油膜失穩(wěn)發(fā)生的主要原因是什么，從而確定其影響因素，才能找到解決問題的切入點(diǎn)。我們以這個(gè)半速渦動的過程為切入點(diǎn)會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度改變的情況下，渦動的頻率也會隨之而變，這個(gè)特點(diǎn)可以作為判斷半速渦動的關(guān)鍵因素。通過鑒別出來半速渦動的情況，避免汽輪振動現(xiàn)象的發(fā)生，從而降低振動問題帶來的危害性，油膜失穩(wěn)看似復(fù)雜，實(shí)際解決方法并不困難，關(guān)聯(lián)因素越多，解決的可能性也越大。

2.2 汽輪機(jī)的受熱膨脹不均勻

眾所周知，汽輪機(jī)的運(yùn)行需要熱動力的推動，加熱過程中氣缸會受到熱源的影響膨脹，膨脹的結(jié)果勢必使得其他內(nèi)部零件受到影響，或者氣缸受熱不均勻，都會造成不利的后果。這樣的現(xiàn)象使得汽輪機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)子中心存在偏差，就是熱量使得某些物體零件發(fā)生了形變，這樣造成的結(jié)果就是軸承的位置標(biāo)高發(fā)生了改變，汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中某些部件發(fā)生了改變，那么運(yùn)行過程中位置就有所偏差，最終產(chǎn)生了振動問題，受熱形變造成的誤差在很多設(shè)備中都是一個(gè)長期存在的不利因素，因?yàn)樾巫儠沟迷O(shè)備內(nèi)部的零件發(fā)生位置錯(cuò)亂，在運(yùn)行震動過程中，不僅會產(chǎn)生正常運(yùn)動以外的摩擦，而且還會造成零件的磨損，從而導(dǎo)致了設(shè)備變得不是那么精確，設(shè)備精密程度一旦打了折扣，設(shè)備的保質(zhì)期大大縮短是一方面，另一方面，設(shè)備工作效率勢必也會跟著受到影響，電力生產(chǎn)效率也會大打折扣。

2.3 動靜摩擦

動靜摩擦比較容易理解也更加常見，當(dāng)汽輪機(jī)內(nèi)部零件運(yùn)行時(shí)，零件的運(yùn)動、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動等等運(yùn)行狀態(tài)，位置會發(fā)生一定的偏移，這是機(jī)器設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后的必然狀態(tài)。動靜是相互的，運(yùn)行一段時(shí)間后，運(yùn)行軌跡發(fā)生偏移，動靜間隙逐漸縮小，動靜軌道逐漸靠近，振動問題因此出現(xiàn)，發(fā)生不可避免的摩擦問題。零件之間由于長期運(yùn)行出現(xiàn)了軌道的相互靠攏、相互磨損，長此下去，各個(gè)零件相互碰撞的情況頻頻發(fā)生，汽輪機(jī)設(shè)備劇烈震動，甚至出現(xiàn)了軸承的變形。內(nèi)部零件一旦變形，一些問題就更加容易出現(xiàn)，一些故障也更加難以解決，更有甚者，造成汽輪機(jī)自身的停機(jī)。因?yàn)榱慵冃问情L期存在且不可逆的，大型儀器設(shè)備的內(nèi)部零件變形往往難以更換，更有甚者是專一配套存在的零件，無法替換，那么造成的結(jié)果就是，設(shè)備要么將就著變形的零件使用，要么進(jìn)行維修或者停止使用。當(dāng)汽輪機(jī)無法確定內(nèi)部零件是否變形磨損時(shí)，如果汽輪機(jī)在未知情況下突然停機(jī)，安全隱患是不可估量的，存在的安全隱患無法估計(jì)其危險(xiǎn)程度，往往會引發(fā)更大的安全事故，將會帶來深重的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 氣流震蕩

氣流震蕩這一現(xiàn)象也發(fā)生在通常情況下，氣流震蕩的原因比較復(fù)雜。一般而言，當(dāng)增大跨距時(shí)，臨界轉(zhuǎn)速會降低，所以通常會采用這種手段來降低臨界轉(zhuǎn)速。然而，另一方面，當(dāng)隨著汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的差距逐漸拉大，就會出現(xiàn)汽輪機(jī)軸系統(tǒng)的不穩(wěn)定。不穩(wěn)定因素一旦確立，間隙就會持續(xù)拉大，渦動現(xiàn)象頻發(fā)，各種零件之間的磨損逐步深入，在這個(gè)過程中，會增大各種切向力，損耗摩擦進(jìn)一步嚴(yán)重，更嚴(yán)重的振動問題應(yīng)運(yùn)而生，這就是氣流震蕩導(dǎo)致的振動問題。由于這一現(xiàn)象也發(fā)生在通常情況下，很多時(shí)候需要及時(shí)檢測及時(shí)勘察，避免振動問題帶來的進(jìn)一步損耗，不能因?yàn)樘幱谕ǔＧ闆r下就把其當(dāng)作可以容忍的一般情況，越是微小的毛病，日積月累就會使得工程潰于蟻穴，所以振動問題需要時(shí)刻警惕，嚴(yán)查背后的原因并對癥下藥，避免更大的隱患。

3 汽輪機(jī)振動問題防治處理

3.1 汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)

從前文可知，很多振動問題背后隱藏的原因都是一般情況下常見的原因，一個(gè)日常存在的原因并不像突如其來的異常那么惹人注意，那么時(shí)時(shí)刻刻的監(jiān)測就顯得尤為必要。為了對汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立完善一個(gè)汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。汽輪機(jī)振動監(jiān)測系統(tǒng)融入了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)使得監(jiān)測系統(tǒng)對汽輪機(jī)的振動信號反應(yīng)更加靈敏，各種信號在運(yùn)行過程中都會被強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)采集匯總，采集的信號將會進(jìn)入一個(gè)特定的文件中去，這樣既方便匯總也方便信號整理選擇，計(jì)算機(jī)通過對不同信號的檢測找出異常的振動信號，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)還能夠依據(jù)不同故障的特點(diǎn)對信號進(jìn)行診斷處理，實(shí)現(xiàn)智能化的監(jiān)測工作。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到故障信號，就會發(fā)出特定的指令來確定出是設(shè)備的哪個(gè)具體位置、哪一時(shí)間段發(fā)出的信號，從而方便了后續(xù)的檢查維修工作，給后續(xù)確定故障信號、對癥下藥帶來了極大的便利性，這就是監(jiān)測系統(tǒng)存在的附加意義。計(jì)算機(jī)的使用使得信號處理智能快捷，合理使用計(jì)算機(jī)技術(shù)是電力發(fā)展的進(jìn)步階梯。

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)該提高軸系的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的阻尼，當(dāng)處于汽輪機(jī)本身的制造工藝足夠優(yōu)秀的情況下，汽輪機(jī)本身則不會容易發(fā)生油膜失穩(wěn)等常見的故障問題。汽輪機(jī)的油膜失穩(wěn)問題是日常運(yùn)行工作中的常見問題，日常的維修防護(hù)工作也是必不可少的，具體的操作要從影響油膜失穩(wěn)的種種因素為切入點(diǎn)，做到防護(hù)工作考慮周全、面面俱到。比如，在維修工作中，可以從降低潤滑油的黏連效果入手，但是這樣做另一方面又會對油膜的厚度產(chǎn)生不利影響，很可能導(dǎo)致油質(zhì)老化現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以維修工作并不是一蹴而就簡單進(jìn)行的，要考慮多方面的因素，不能顧頭不顧尾，只考慮解決當(dāng)下的油膜失穩(wěn)問題，還要考慮是否對其他方面造成更壞的影響。

3.3 氣流震蕩防治

從前文得知，氣流震蕩作為日常運(yùn)行過程中普遍存在的一個(gè)不利因素，往往是造成汽輪機(jī)設(shè)備振動問題的重頭原因。氣流震蕩的原因比較復(fù)雜，氣流震蕩問題的防治也不簡單。這種日常存在的不利因素往往是根深蒂固的，如果要防治僅僅通過簡單的檢測工作、維修工作進(jìn)行“預(yù)防”還不夠，更重要的是要引進(jìn)新技術(shù)新手段對其進(jìn)行“治理”。舉個(gè)簡單的例子，氣流震蕩過程中會出現(xiàn)渦動的不利現(xiàn)象，是汽輪機(jī)振動問題的主要影響因素，那么就可以引進(jìn)借助反旋渦技術(shù)手段對其進(jìn)行干擾。短期內(nèi)，通過更高的技術(shù)手段來解決設(shè)備的基礎(chǔ)問題，那么就需要借助其他手段來“治標(biāo)不治本”，一個(gè)小小的反干擾手段也可以避免更深一步的嚴(yán)重問題發(fā)生。這些手段的目的都是為了使得氣流震蕩的危害影響縮減到最小，保證轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定能夠適應(yīng)汽輪機(jī)更高強(qiáng)度的工作。

3.4 其他問題的防治

其他問題包括前文提到的氣缸受熱不均勻以及膨脹問題和汽輪機(jī)振動摩擦引起的一系列問題，這些問題雖不是重點(diǎn)影響因素，但也需要我們格外重視。汽輪機(jī)的穩(wěn)定性需要多個(gè)零件協(xié)同工作，不放過任何一個(gè)微小因素，從小處危害入手，才能成就整體的穩(wěn)定運(yùn)行。

受熱不均勻的根本原因是受熱與加熱期間的阻礙引起的，因此汽輪機(jī)在使用前的檢查工作必不可少，檢查汽輪機(jī)的各個(gè)部件是否完好，運(yùn)行過程中是否有可能存在的阻礙因素，運(yùn)行前要對汽輪機(jī)的管道進(jìn)行全面檢查，最好使用清水及時(shí)進(jìn)行沖洗疏通。如果后續(xù)使用過程中仍然出現(xiàn)受力不穩(wěn)的情況，不能對此視而不見，更不能對這類常見問題手足無措，這類問題的出現(xiàn)并不復(fù)雜，往往需要一些微小簡單舉措就可以產(chǎn)生意想不到的效果。比如，可以適當(dāng)調(diào)整汽輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，或者避免使用汽輪機(jī)過于頻繁，這是不需要花費(fèi)過多心思的手段，也不需要新的技術(shù)支撐，通過這樣的手段來盡力減少不利影響。

對汽輪機(jī)的動靜摩擦因素處理也是這樣，工作過程中要時(shí)刻注意不合理的情況出現(xiàn)，注意及時(shí)調(diào)整參數(shù)來改變不合理的情況，因?yàn)閯屿o摩擦這一情況的出現(xiàn)，大部分是源于參數(shù)不合理，所以調(diào)整參數(shù)是這一問題的基本解決方法。除此以外，降低其工作效率，及時(shí)對出現(xiàn)毛病的零件進(jìn)行調(diào)換等，都可以避免汽輪機(jī)動靜摩擦的問題出現(xiàn)，摩擦問題也可以從減少摩擦的切入點(diǎn)入手，例如，涂抹潤滑油等，都不失為一種好辦法。

4 結(jié)語

綜上所述，可以看出來汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行與多個(gè)因素息息相關(guān)，關(guān)注汽輪機(jī)的運(yùn)行并不是一件可以一蹴而就的工作，相反，它需要時(shí)刻檢測不利因素，避免出現(xiàn)更進(jìn)一步的危害影響，汽輪機(jī)的振動問題得到重視和解決，才能保證汽輪機(jī)的工作效率高和汽輪機(jī)的運(yùn)行持續(xù)且穩(wěn)定，這才是電力工作生產(chǎn)的關(guān)鍵，保證電量的穩(wěn)定供應(yīng)，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。