王 雄 李志恒 梅富琨 葉全彪

（華電湖北發(fā)電有限公司武昌熱電分公司）

0 引言

燃汽輪機(jī)工作原理如圖1所示，將蒸汽動能經(jīng)過一系列變化后能轉(zhuǎn)換為軸的機(jī)械能進(jìn)行輸出，在實(shí)際工作中，常搭配其他發(fā)電設(shè)備一起使用，有效促使燃料熱能向發(fā)電電能的轉(zhuǎn)變。在實(shí)驗(yàn)壓力值、溫度值保持不變的條件下，經(jīng)機(jī)組設(shè)備專用噴嘴進(jìn)行持續(xù)膨脹，使介質(zhì)自身壓力降低、溫度變小，從而提高介質(zhì)速度，借助機(jī)組葉片旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為動力軸的機(jī)械能，達(dá)到利用熱能獲取機(jī)械能的目的。在機(jī)組工作過程中，設(shè)備在不斷振動，有些振動幅度較大，嚴(yán)重降低了燃汽輪機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖1 燃汽輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換原理

圖2 轉(zhuǎn)子不對中振動分類示意圖

圖3 燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中故障監(jiān)測的指標(biāo)

圖4 燃汽機(jī)組常見的動靜碰摩

1 電廠燃汽輪機(jī)振動過大的危害

燃汽輪機(jī)運(yùn)行中如果振動幅度較大，長時(shí)間作用下會造成設(shè)備內(nèi)部各部分之間的緊固件松動，安裝臺板和各基礎(chǔ)之間的過盈連接削弱，或使燃汽機(jī)組的動靜結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中、變形、損壞或是斷裂［1］。當(dāng)燃汽輪機(jī)產(chǎn)生劇烈振動時(shí)，會直接引起系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制啟動，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，嚴(yán)重拖延生產(chǎn)進(jìn)度，當(dāng)燃汽機(jī)組動靜葉片因?yàn)閯×艺駝佣l(fā)生錯位時(shí)，會使機(jī)組端部軸封磨損異常。機(jī)組低壓端軸封被破壞之后，外界空氣被吸入機(jī)組的低壓缸，使機(jī)組凝汽器的真空環(huán)境遭到破壞，大大提高了燃汽機(jī)組的運(yùn)行成本。機(jī)組高壓端軸封被破壞之后，其內(nèi)的蒸汽大量逸出，削弱機(jī)組高壓缸的對外做功能力，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲現(xiàn)象。逸出的高壓蒸汽倘若飄進(jìn)機(jī)組軸封系統(tǒng)中，使工作油液內(nèi)摻雜水分，引發(fā)油膜失穩(wěn)或振蕩故障。此外，劇烈的振動還會造成機(jī)組電機(jī)滑環(huán)和電刷的嚴(yán)重磨損、楔連接松動、絕緣皮破碎等等，甚至導(dǎo)致整個燃汽機(jī)組的廢棄。因此，研究并克服燃汽機(jī)組非正常振動，是保證電廠安全生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。

2 電廠燃汽輪機(jī)的振動原因及解決對策

2.1 轉(zhuǎn)子不對中

電廠燃汽機(jī)組是通過聯(lián)軸節(jié)將多個轉(zhuǎn)子進(jìn)行連接，以軸系形式存在，正常狀態(tài)下，各轉(zhuǎn)子的中心位于同一軸心水平線上，并使各軸承所承受的負(fù)荷不會超過額定值。倘若不能滿足該條件，則為轉(zhuǎn)子不對中。該故障是燃汽機(jī)組及其所轄設(shè)備常見的異常振動現(xiàn)象之一。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸系發(fā)生不對中現(xiàn)象后，在其運(yùn)轉(zhuǎn)途中將引發(fā)連鎖的動態(tài)效應(yīng)，造成機(jī)器的異常振動、聯(lián)軸節(jié)的大幅度偏轉(zhuǎn)、軸承內(nèi)外圈異常磨損和油膜振蕩、轉(zhuǎn)軸的不可逆變形等，對設(shè)備安全運(yùn)行造成極大影響。

據(jù)大量資料顯示，百分之六十到百分之七十的燃?xì)廨啓C(jī)軸系故障由轉(zhuǎn)子不對中直接或間接引起，當(dāng)燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子已經(jīng)不對中時(shí)，還堅(jiān)持帶病運(yùn)行，勢必會造成十分嚴(yán)重的事故。所以，解決燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中故障的異常振動特點(diǎn)及處理對策具有十分重要的價(jià)值。

常見燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中故障的主要原因是：

（1）在機(jī)組設(shè)計(jì)階段考慮不全面或存在一定計(jì)算偏差導(dǎo)致安裝精度降低；（2）安裝階段找正誤差操作不正確；（3）燃?xì)廨啓C(jī)超載運(yùn)行，加之燃?xì)鈾C(jī)組保溫效果欠佳，造成各轉(zhuǎn)子軸承熱變形現(xiàn)象千差萬別；（4）燃汽輪機(jī)土建基礎(chǔ)或安裝底座不同程度地沉降均會對轉(zhuǎn)子對中產(chǎn)生負(fù)面影響。

下圖為某三百M(fèi)W燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中故障需要監(jiān)測的指標(biāo)：

燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不對中常用的處理方法如下：①在機(jī)組設(shè)備安裝調(diào)試和日常檢修中謹(jǐn)慎操作，嚴(yán)格落實(shí)轉(zhuǎn)子找中原則，在機(jī)組平時(shí)工作中應(yīng)盡可能減少沖擊負(fù)荷，防止對轉(zhuǎn)子造成不利影響，只有這樣，才能確保燃汽機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。②提高機(jī)組設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)水平，保證軸系聯(lián)軸節(jié)無偏心安裝，及時(shí)對生銹的接觸面進(jìn)行打磨，定期更換干凈的潤滑油液，解決連接軸承的尺寸偏差。③使燃汽機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷在正常范圍之內(nèi)，嚴(yán)禁設(shè)備超負(fù)荷工作。倘若是因?yàn)橹屋S承標(biāo)高造成軸系軸承產(chǎn)生不對中現(xiàn)象，深挖影響軸承幾何中心的關(guān)鍵點(diǎn)，比如像軸承座熱膨脹、油膜厚度不均勻和外界壓力的影響等。

2.2 轉(zhuǎn)子彎曲變形

燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子彎曲變形也會造成異常振動，由于變形的原因千差萬別，呈現(xiàn)出的振動特征也不一樣。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)子發(fā)生不可逆彎曲變形時(shí)，其振動特點(diǎn)與不對中時(shí)的振動現(xiàn)象較為相似，在臨界轉(zhuǎn)速處出現(xiàn)的振動峰值急劇飆升，此外，在燃汽機(jī)組啟停機(jī)途中，因?yàn)槲淳鶆蚴軣峄蚶鋮s不完全而造成的彎曲形變也會造成異常振動，可以采取重新開啟機(jī)器或進(jìn)行小轉(zhuǎn)速暖機(jī)等措施，待機(jī)組轉(zhuǎn)子各部位溫度受熱均勻后，彎曲形變隱匿，異常振動消失［2］。然而，當(dāng)彎曲形變過大而引起燃汽輪機(jī)動靜結(jié)構(gòu)相互摩擦?xí)r，將進(jìn)一步造成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡，導(dǎo)致振動加劇，惡性進(jìn)行循環(huán)，嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，應(yīng)立刻斷電停機(jī)，否則可能造成燃汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子永久性損壞；另外，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)子組成材料較差時(shí)，其自身存在熱不穩(wěn)定隱患，它會在日常加熱過程中出現(xiàn)彈性變形，造成汽輪機(jī)異常振動，該類振動的幅值與機(jī)組承載的工作負(fù)載成正相關(guān)，從時(shí)間角度上看，該類振動振幅較機(jī)組負(fù)荷變化來說，延遲了一到三個h。延遲時(shí)間主要由燃汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子自身結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量密度等因素決定，可以在制造階段做好轉(zhuǎn)子材料選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。倘若轉(zhuǎn)子因?yàn)榘惭b不良而變形彎曲，可采取重新裝配等措施進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)子依然能接著使用，倘若燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子基于多方面因素已經(jīng)產(chǎn)生了不可逆彎曲形變，立即更換新的轉(zhuǎn)子，避免異常振動影響正常生產(chǎn)。因此，無論是燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子制造時(shí)的材料選擇，還是安裝時(shí)的質(zhì)量卡控，抑或是機(jī)組啟機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速值設(shè)置，都應(yīng)十分謹(jǐn)慎，防止燃汽機(jī)組轉(zhuǎn)子不可逆彎曲變形，造成異常振動，拖延生產(chǎn)進(jìn)度。

2.3 支撐松動

燃汽輪機(jī)支撐松動直接降低軸承的剛度，加劇機(jī)組系統(tǒng)的振動頻次。當(dāng)機(jī)組系統(tǒng)緊固螺栓松動、墊片松動、滑銷卡澀或是軸承安裝座與底板接觸不良時(shí)均會造成支撐松動進(jìn)而引發(fā)異常振動［3］，該類振動外在表現(xiàn)是軸承座大幅度振動，故可以借助檢測軸承座的振動情況來進(jìn)一步判定是否為支撐松動故障。常用的檢測方法有以下三種：

（1）測量差異：實(shí)際工況中最常見的是軸承座與臺面以及地面基礎(chǔ)之間的接觸面不平整，應(yīng)該借助檢測其之間各自振動的差異性進(jìn)行診斷。（2）用手觸摸：將手放在軸承座與臺面連接處，當(dāng)其接觸不良時(shí)，在外界振動力的施加下，手會感覺到被一定程度的擠壓。同理，該方法也可以檢測臺面以及地面基礎(chǔ)之間的連接情況。（3）肥皂水檢測：在軸承座與臺面連接處淋上肥皂水，當(dāng)其接觸不良時(shí)，像平時(shí)補(bǔ)輪胎一樣會產(chǎn)生許多小氣泡。同理，該方法也可以檢測臺面以及地面基礎(chǔ)之間的連接情況。

2.4 動靜碰摩故障

燃汽輪機(jī)常見的動靜碰摩主要有以下幾種：

燃汽機(jī)組常見的動靜碰摩的原因大致如下：

1.燃汽輪機(jī)汽缸幾何位置跑偏或結(jié)構(gòu)不均勻形變。

2.燃汽輪機(jī)蒸汽溫度異常變化，倘若機(jī)組蒸汽溫度急劇改變，極可能導(dǎo)致機(jī)組靜止構(gòu)件的嚴(yán)重變形。

3.燃汽輪機(jī)工作汽缸密封及保溫較差，有水和雜志混入。

4.燃汽輪機(jī)排汽缸的工作溫度驟變。

5.燃汽輪機(jī)暖機(jī)時(shí)間過短，效果不理想，開機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子擺動幅度較大。

燃汽機(jī)組曾受到過劇烈振動。

日常工作中，當(dāng)燃汽機(jī)組出現(xiàn)該故障時(shí)，首先采取的措施即控制轉(zhuǎn)子軸系振動，在不影響燃汽機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行“磨合”。在機(jī)組啟機(jī)途中，若出現(xiàn)動靜摩擦現(xiàn)象，切忌強(qiáng)行提高轉(zhuǎn)速，避免軸系出現(xiàn)不可逆彎曲。倘若轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速值，應(yīng)馬上進(jìn)行停機(jī)操作，修整片刻后再啟動；倘若機(jī)組轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速值，則在某個轉(zhuǎn)速值在保持運(yùn)轉(zhuǎn)，直到動靜部分磨合出合適的間隙后將轉(zhuǎn)速進(jìn)行升速。倘若機(jī)組摩擦發(fā)生在負(fù)載運(yùn)行時(shí)期，只要該時(shí)期振動在可控范圍內(nèi)，便可保持邊觀察邊運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，從而磨合出期望的間隙；但若該時(shí)期振動超出可控范圍內(nèi)且呈不斷增加趨勢，應(yīng)減小機(jī)組負(fù)荷或斷電停機(jī)，防止進(jìn)一步對機(jī)組安全造成較大影響。

3 電廠燃汽輪機(jī)振動的管理方面的主要措施

3.1 嚴(yán)格把控燃汽輪機(jī)零部件生產(chǎn)質(zhì)量

為確保電廠燃汽輪機(jī)的安全可靠運(yùn)行，消除異常振動現(xiàn)象，燃汽輪機(jī)設(shè)計(jì)監(jiān)造時(shí)必須嚴(yán)格卡控各組成部件的生產(chǎn)工序及材料選擇，強(qiáng)化質(zhì)量檢查力度，防止次品的零部件組裝機(jī)組設(shè)備，對未來機(jī)組運(yùn)行帶來不可預(yù)測的隱患［4］。在選購各結(jié)構(gòu)部件時(shí)，嚴(yán)格落實(shí)國家電力行業(yè)相關(guān)要求，對燃汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽封、軸承、葉片等進(jìn)行預(yù)驗(yàn)收和性能測試，并出具相應(yīng)的合格證明，未來，電力單位也可以根據(jù)燃汽輪機(jī)日常工作記錄，做好設(shè)備各組成部件使用情況跟蹤反饋，與質(zhì)量較好的結(jié)構(gòu)件廠商長期進(jìn)行合作。

3.2 合理使用監(jiān)控感知設(shè)備

在實(shí)際工況中，需要根據(jù)燃汽輪機(jī)的振動情況搭建監(jiān)視感知系統(tǒng)，隨時(shí)掌握各個機(jī)組的振動信息?？梢酝ㄟ^在燃汽機(jī)組中安裝振動傳感器，建立振動數(shù)據(jù)采集檢測系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)動態(tài)采集機(jī)組工作的振動數(shù)據(jù)，確保燃?xì)鈾C(jī)組各種工作狀態(tài)和各種工作部位能夠通過振動數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的人機(jī)界面查看到，使工作人員隨時(shí)掌握燃汽機(jī)組的工作狀態(tài)，使其振動數(shù)據(jù)保持在正常范圍之內(nèi)，且一旦超過正常設(shè)定值，立即報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)可自動斷電進(jìn)入保護(hù)程序，工作人員通過查看振動信息并及時(shí)處理異常報(bào)警，防止造成更大的生產(chǎn)事故。此外，還應(yīng)充分調(diào)研燃汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，強(qiáng)化其自身微處理器處理效果，確保振動采集系統(tǒng)能夠進(jìn)行全方位監(jiān)控。

3.3 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造

燃汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中應(yīng)視生產(chǎn)需要進(jìn)行技術(shù)升級改造。實(shí)際工作中運(yùn)行階段通常采取直接啟機(jī)的模式，該啟機(jī)模式會導(dǎo)致機(jī)組部件嚴(yán)重磨損，同時(shí)伴隨異常振動的高頻次發(fā)生，通常采取多種辦法進(jìn)行解決，首先，提高機(jī)組設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)水平，保證軸承座安裝緊固無松動，及時(shí)對生銹的接觸面進(jìn)行處理，定期更換干凈的潤滑油液，發(fā)現(xiàn)部件變形嚴(yán)重時(shí)立即更換新的替代件，統(tǒng)籌各種因素，將機(jī)組的振動控制在正常范圍之內(nèi)［5］。其次，定期組織技術(shù)人員到發(fā)達(dá)國家的電廠進(jìn)行學(xué)習(xí)，或是邀請同行業(yè)頂尖單位進(jìn)行技術(shù)交流，討論前沿科技，交流心得體會，借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身燃汽機(jī)組工作情況及設(shè)備配置，提出合理的技術(shù)改造方案，降低振動頻次的同時(shí)充分保障燃汽機(jī)組的高質(zhì)量運(yùn)行。

3.4 強(qiáng)化燃汽機(jī)組綜合管控力度

為充分發(fā)揮燃汽機(jī)組的工作效能、降低異常振動，需增強(qiáng)燃汽機(jī)組運(yùn)行的管控力度，使之安全高效運(yùn)行。應(yīng)從以下幾點(diǎn)入手：第一，在機(jī)組安裝調(diào)試過程中，需要提前做好項(xiàng)目規(guī)劃，設(shè)計(jì)好相應(yīng)施工安裝流程，對機(jī)組各部件的安裝需求進(jìn)行深入分析，設(shè)計(jì)出合理的安裝調(diào)試大綱，并嚴(yán)格按照大綱進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，制定出每一步詳細(xì)的安裝過程管控措施，差異化對各部件安裝質(zhì)量進(jìn)行卡控，避免出現(xiàn)軸系聯(lián)軸節(jié)偏心安裝、基準(zhǔn)錯誤及安裝精度較低等問題，源頭上保證異常振動的發(fā)生。第二，定期對電廠燃汽機(jī)組開展預(yù)防性維護(hù)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組隱藏的故障風(fēng)險(xiǎn)，果斷處理，一定程度上降低機(jī)組異常振動的發(fā)生頻次，降低機(jī)組故障修復(fù)時(shí)間，盡量做到不影響整個電廠的正常生產(chǎn)，提升電廠燃汽機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量。第三，在電廠燃汽機(jī)組降低異常振動頻次的工作開展中，積極落實(shí)生產(chǎn)責(zé)任制，明確人員分工及質(zhì)量職責(zé)，將具體的責(zé)任量化，追究到個人。實(shí)行績效考核，激發(fā)員工工作潛力，將員工的績效與表現(xiàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對于主動提出的生產(chǎn)建議如果切實(shí)幫助減小了機(jī)組的異常振動，可以申請獎勵等。在該情況下，員工將采取更加積極的態(tài)度來面對降低機(jī)組異常振動工作，將助力于燃汽機(jī)組異常振動數(shù)據(jù)的分析和管理。

4 結(jié)束語

本文從電廠燃汽輪機(jī)工作原理入手，首先闡述了電廠燃汽輪機(jī)振動過大的危害，然后對電廠燃汽輪機(jī)的常見的轉(zhuǎn)子不對中、彎曲變形、動靜碰摩擦等振動原因及解決對策進(jìn)行了深入分析，最后提出了嚴(yán)格把控燃汽輪機(jī)零部件生產(chǎn)質(zhì)量、合理使用監(jiān)控感知設(shè)備、根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造以及強(qiáng)化燃汽機(jī)組綜合管控力度等優(yōu)化策略，一定程度上降低了電廠燃汽輪機(jī)的異常振動頻次，提高了機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量的同時(shí)延長了機(jī)組設(shè)備的使用壽命，促進(jìn)電力企業(yè)的健康良好發(fā)展。