郭越

摘 要：本文介紹了汽輪機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)故障的常見(jiàn)原因，通過(guò)分析各類故障的特征，合理科學(xué)的制定處理、保護(hù)汽輪機(jī)組的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組 振動(dòng)故障 特征 原因 處理措施

中圖分類號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082 （2017） 04-0239-01

在現(xiàn)代化生活生產(chǎn)過(guò)程中，電力系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，有著極為重要的地位。機(jī)械設(shè)備逐步向集成化、綜合化以及大生產(chǎn)化方向發(fā)展，明確機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的安全性指標(biāo)已經(jīng)成為各工作部門(mén)迫在眉睫的工作。就目前電力系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，汽輪機(jī)組能否順利運(yùn)行已經(jīng)直接關(guān)系到整個(gè)電廠電力系統(tǒng)是否能夠運(yùn)行通暢。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是：由于汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境特殊、運(yùn)行規(guī)律突發(fā)性高等因素，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中汽輪機(jī)組發(fā)生故障頻率較高，容易造成蔓延性反應(yīng)從而對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成極大的危害。然而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中并不是無(wú)跡可尋，絕大部分汽輪機(jī)組出現(xiàn)故障之前均有一定的異常振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。換而言之，電廠汽輪機(jī)組能否安全可靠的運(yùn)行在很大程度上取決于汽輪機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)。本文整理了常見(jiàn)的振動(dòng)故障并將詳細(xì)介紹各類汽輪機(jī)組振動(dòng)故障的特點(diǎn)、影響因素以及相應(yīng)處理措施。

一、汽輪機(jī)組常見(jiàn)振動(dòng)故障的特征

1.轉(zhuǎn)子問(wèn)題

轉(zhuǎn)子問(wèn)題導(dǎo)致汽輪組振動(dòng)故障主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量失衡。汽輪機(jī)組發(fā)生轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如下故障特征：一倍頻振動(dòng)幅值變大，并且出現(xiàn)較小的電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量即高次諧波，整個(gè)頻譜出現(xiàn)“縱樹(shù)形”現(xiàn)象；在一定轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)的相位和幅值固定不變，出現(xiàn)明顯同頻的振動(dòng)；軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡形狀不一重復(fù)性差。

汽輪機(jī)組發(fā)生轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因：

1.1 轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不均。汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子在運(yùn)行前，由于加工制造或者部件更換造成其原始質(zhì)地不均，使其原始質(zhì)量不平衡，如果存在此種不平衡則轉(zhuǎn)子在一定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)動(dòng)特征很穩(wěn)定，無(wú)論改變啟動(dòng)方式、更換機(jī)組參數(shù)還是延續(xù)帶負(fù)荷的時(shí)間，振動(dòng)的相位和振幅都不會(huì)改變。

1.2 轉(zhuǎn)子零件的松動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子零件松動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子工頻振動(dòng)突然增大，振幅和相位會(huì)短時(shí)間內(nèi)增大直至某一固定值。但是只有在振動(dòng)機(jī)組帶負(fù)荷工作長(zhǎng)時(shí)間的情況下才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子零件的松動(dòng)。

1.3 轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。轉(zhuǎn)子由于發(fā)生熱彎曲而造成質(zhì)量不平衡時(shí)，其工頻振動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間的改變而不斷變化，并且時(shí)間延長(zhǎng)，工頻振幅和相位會(huì)逐漸變大，延長(zhǎng)到一定時(shí)間后振幅和相位為一固定值。

2.油膜振蕩問(wèn)題

在軸頸帶動(dòng)潤(rùn)滑油高速流動(dòng)時(shí)，高速流動(dòng)的潤(rùn)滑油發(fā)生反作用刺激軸頸，從而使軸頸劇烈振動(dòng)的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象叫做汽輪組的油膜振蕩。若汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振蕩故障，轉(zhuǎn)子渦動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向變得相同，軸心的軌跡變?yōu)榛ò晷?，并且?huì)導(dǎo)致振動(dòng)的時(shí)域波形發(fā)生畸變，低頻成分會(huì)疊加到工頻的基波上以至于頻率增加變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。

油膜振蕩原因

當(dāng)汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，軸頸呈高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)圍繞軸承中心轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)若受到高速流動(dòng)的潤(rùn)滑油刺激，軸頸在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還會(huì)以平衡點(diǎn)為中心渦動(dòng)或者甩轉(zhuǎn)，放大渦動(dòng)振幅從而導(dǎo)致油膜振蕩。

3.動(dòng)靜摩擦問(wèn)題

當(dāng)汽輪機(jī)組中發(fā)生動(dòng)靜摩擦?xí)r，振動(dòng)信號(hào)會(huì)隨著外界條件而改變，這就使得汽輪機(jī)組的動(dòng)靜摩擦表現(xiàn)出很多的不確定性即某一時(shí)刻出現(xiàn)的征兆在其他時(shí)刻復(fù)現(xiàn)的情況可能就不存在了。

動(dòng)靜摩擦原因

汽輪機(jī)組的全周碰摩：（1）碰摩點(diǎn)界面轉(zhuǎn)軸中心的平均位置和軸承軸頸中心向所處界面間隙圓中心點(diǎn)偏移；（2）碰摩點(diǎn)處軸承的工頻或通頻最大振幅可以達(dá)到此處軸向界面的問(wèn)隙圓；（3）轉(zhuǎn)子的橫向固有周期緩慢降低；（4）正向全周摩擦大振幅的振動(dòng)變?yōu)楣ゎl，并且反向全周摩擦大振幅變?yōu)榕c轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。

汽輪機(jī)組的部分碰摩：（1）相位滯后，振動(dòng)波形不斷改變并有附加的頻率分量產(chǎn)生；（2）轉(zhuǎn)子振幅會(huì)有輕微浮動(dòng)或者保持不變，但是發(fā)生嚴(yán)重摩擦?xí)r轉(zhuǎn)子振幅會(huì)變小；（3）軸心軌跡變?yōu)椤?形”是單點(diǎn)局部碰摩故障，軸心軌跡為花瓣形是多點(diǎn)局部碰摩故障。出現(xiàn)此3種振動(dòng)現(xiàn)象都是由汽輪組的部分碰摩引起。

4.蒸汽振蕩問(wèn)題

在汽輪機(jī)組安裝時(shí)，必須確保蒸汽間隙均勻且無(wú)偏差，否則會(huì)發(fā)生蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子作用的不平衡軸向力會(huì)導(dǎo)致汽輪組振動(dòng)故障。比較容易發(fā)生蒸汽振蕩的地方是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子。

蒸汽振蕩原因

當(dāng)轉(zhuǎn)子熱彎曲、氣流作用、汽缸膨脹變形跑偏而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子切向推力發(fā)生時(shí)，都可能發(fā)生轉(zhuǎn)子和靜子軸向間隙的變化而導(dǎo)致偏差，進(jìn)而使汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩故障。一般汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)會(huì)發(fā)生如下現(xiàn)象：（1）轉(zhuǎn)子變?yōu)檎驕u動(dòng)且渦動(dòng)頻率約為工頻的0.6至0.9倍；（2）在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到一定固定值時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。（3）在一定負(fù)荷值下會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)；（4）強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)的主要頻率是轉(zhuǎn)子一階的固有頻率，但是頻帶較寬；（5）軸心軌跡變?yōu)闄E圓形；

二、汽輪機(jī)組振動(dòng)故障的處理措施

1.處理汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的措施。

選用特別的耐熱材料作為轉(zhuǎn)子的制作材料，采用特殊的制作加工工藝來(lái)制作轉(zhuǎn)子，因?yàn)槠啓C(jī)組的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間工作在蒸汽區(qū)，所以要時(shí)常檢測(cè)轉(zhuǎn)子是否質(zhì)量平衡。一旦發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組運(yùn)行中轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡現(xiàn)象，就要及時(shí)更換新的轉(zhuǎn)子，避免大范圍與大程度的故障發(fā)生。

2.處理汽輪機(jī)組油膜振蕩故障的措施。

如果確認(rèn)汽輪機(jī)組發(fā)生油膜振蕩，要及時(shí)使用符合壓力標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油減緩摩擦，同時(shí)也要降低潤(rùn)滑油的黏度以減小油膜的承載力。然而需要加強(qiáng)注意的是，必須在一定范圍內(nèi)降低潤(rùn)滑油黏度，因?yàn)橐恢碧岣呋蚪档蜐?rùn)滑油的黏度會(huì)破壞潤(rùn)滑油的分布情況。在此同時(shí)，還可以使上軸瓦軸承合金的寬度增大、減小軸瓦的頂部間隙以及彎曲軸瓦使其與軸頸間的接觸角減小等措施。

3.處理汽輪機(jī)組蒸汽振蕩故障的措施。

檢查汽輪機(jī)組發(fā)生蒸汽振蕩故障，需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，然后與機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比繪制出轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線。及時(shí)維修更換轉(zhuǎn)子，以維持汽輪組正常的安全運(yùn)行。

4.處理汽輪機(jī)組動(dòng)靜摩擦故障的措施。

檢修人員必須經(jīng)常對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行維護(hù)檢查，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子間出現(xiàn)間隙等異常要及時(shí)采取相應(yīng)處理措施或者更換轉(zhuǎn)子，以確保汽輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境是高濕、高溫和高壓，持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，而且持續(xù)受到氣流和高速旋轉(zhuǎn)作用力的作用，所以很容易導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦故障，應(yīng)經(jīng)常查驗(yàn)是否出錯(cuò)。

三、保護(hù)汽輪機(jī)組振動(dòng)故障的措施

相關(guān)工作人員需要在電廠汽輪機(jī)各個(gè)工作細(xì)節(jié)中針對(duì)機(jī)組振動(dòng)頻率等進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，公司也必須制定嚴(yán)格周密的相應(yīng)保護(hù)措施，以達(dá)到有效的抑制突發(fā)性、蔓延性的汽輪機(jī)組振動(dòng)故障問(wèn)題。汽輪機(jī)組也應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的軸承振動(dòng)頻率測(cè)量設(shè)備，系統(tǒng)監(jiān)視汽輪機(jī)組在各時(shí)段運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)狀態(tài)，并且保證在振動(dòng)參數(shù)超過(guò)預(yù)定限值的情況發(fā)生時(shí)機(jī)器可主動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)，來(lái)提醒工作人員及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，最大限度地減少振動(dòng)事故的發(fā)生。

對(duì)于汽輪機(jī)組而言，除了在發(fā)生故障后及時(shí)采取合理的處理措施外，更為重要的是故障發(fā)生前的監(jiān)控保護(hù)措施。汽輪機(jī)組中裝設(shè)振動(dòng)保護(hù)裝置，如果發(fā)生汽輪機(jī)組的振動(dòng)超過(guò)限值時(shí)，由脈沖信號(hào)來(lái)啟動(dòng)保護(hù)程序控制電路，使得主汽門(mén)能夠及時(shí)關(guān)閉。通過(guò)大量實(shí)踐證明，安裝振動(dòng)保護(hù)裝置在異常振動(dòng)發(fā)生時(shí)控制汽輪機(jī)組緊急停機(jī)，對(duì)保證汽輪機(jī)組安全運(yùn)行具有很大的保護(hù)作用。

總之，在發(fā)生汽輪機(jī)組故障的事故尤其是程度較深的設(shè)備損害事故中，大部分都有明顯的振動(dòng)特性表現(xiàn)出來(lái)。所以說(shuō)，分析汽輪機(jī)組振動(dòng)特征是汽輪機(jī)組故障預(yù)報(bào)和診斷的重要手段。本文結(jié)合汽輪機(jī)組故障顯出的一般現(xiàn)象，仔細(xì)探究了汽輪機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)故障的原因及其引起的相關(guān)振動(dòng)現(xiàn)象，并且提出了相應(yīng)的對(duì)策來(lái)解決汽輪機(jī)組故障，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與幫助。然而這些振動(dòng)故障現(xiàn)象要論實(shí)際情況而定，這就要求日常工作中維修人員在對(duì)汽輪機(jī)組多多保持監(jiān)測(cè)，仔細(xì)排查誘發(fā)各類振動(dòng)故障的因素，一旦發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)采取妥善的方法處理。此外工作人員也要不斷引進(jìn)新的方法來(lái)檢測(cè)分析，結(jié)合積累的工作經(jīng)驗(yàn)，盡可能的使汽輪機(jī)組安全運(yùn)行。

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