邵光一

【摘 要】隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，當前的汽輪機的綜合性能已經(jīng)十分優(yōu)良，并已經(jīng)成為很多電廠中的主要發(fā)電機組。但在實際運行中，汽輪機經(jīng)常會出現(xiàn)異常振動的故障，嚴重威脅發(fā)電機組的正常運行，為此必須要采取有效的預防處理措施，盡可能地降低汽輪機異常振動的出現(xiàn)頻率。本文簡單分析了汽輪機振動概念及危害，并探討了汽輪機振動大的原因分析及其運行調(diào)整策略。

【關(guān)鍵詞】汽輪機；振動；原因；運行調(diào)整；策略

汽輪機作為一個集自動化控制、機械、電力等科學技術(shù)為一身的設備，被廣泛應用在化工、電力行業(yè)的生產(chǎn)中，一旦其出現(xiàn)故障，將會造成局部或整個生產(chǎn)流程的中斷，致使生產(chǎn)企業(yè)蒙受經(jīng)濟損失，甚至出現(xiàn)人員傷亡事故。不管哪一種設備出現(xiàn)故障之前都會有預兆的，正常情況是不會有機械設備沒有預兆就出現(xiàn)故障的，故障之前的預兆大多表現(xiàn)為振動聲和噪聲，這些異常的聲音表明設施設備在某個部位會存在有一定的故障。尤其是汽輪機，不管是軸承還是部件出現(xiàn)損壞之前都會有不同尋常的振動，這就是非常明顯的故障。

一、汽輪機振動分析

1.基本概念

汽輪機振動即設備的部件偏離其固定的平衡位置，進而導致物體相應的位能和動能隨之變化，出現(xiàn)反復性的連續(xù)運動被稱之為振動。根據(jù)沖擊力的不同，可以將汽輪機的振動分為自由振動和受迫振動兩種形式?？梢杂孟辔?、頻率、方向以及振幅對汽輪機振動的大小和幅度進行描述。汽輪機振動的相位即振動過程中振動信號最大值與轉(zhuǎn)子某一點的相對位置。頻率即汽輪機在特定時間內(nèi)振動的次數(shù)。汽輪機的振動方向包括橫向、軸向和扭轉(zhuǎn)三個方向，根據(jù)汽輪機運行過程中振動的大小可以將其分為雙向振幅和單向振幅兩類。

2.振動危害

如果汽輪機振動的幅度在規(guī)定的范圍內(nèi)，是不會對汽輪機的運行和電廠的正常工作產(chǎn)生影響的，但是當汽輪機出現(xiàn)異常振動時將會對發(fā)電機組的安全性以及電廠運行的經(jīng)濟效益產(chǎn)生巨大的負面影響。因而，汽輪機振動也是電廠機械設備檢修的重要內(nèi)容。汽輪機異常振動的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，當汽輪機出現(xiàn)異常振動時，過大的振動幅度有可能導致機組之間連接部位的零件松動，增加了機組運轉(zhuǎn)的安全隱患；第二，汽輪機振動過大還會增大機組支撐零件以及發(fā)電機部分的摩擦，給汽輪機的本體造成損害，導致汽輪機使用壽命的縮減；第三，汽輪機異常振動會導致電廠發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量的降低，進而影響電廠經(jīng)濟效益的提升。

二、汽輪機振動大的原因分析

1.設計制造問題

由于汽輪機中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度非?？?，如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不能很好的重合，轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)不平衡而形成離心力，從而對軸承造成激振，導致汽輪機出現(xiàn)振動。如果離心力超過一定范圍的時候，機組則會產(chǎn)生異常振動。其原因主要是因為汽輪機設計、制造的轉(zhuǎn)子存在裝配質(zhì)量方面的問題。導致汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因是因為制造廠家的機械加工在精度方面存在一定的問題，還有就是因為裝配質(zhì)量存在問題而造成的。因此，必須提高生產(chǎn)、制造、加工過程中的精度，并采取對應措施保證裝配質(zhì)量。同時，在裝配中針對每一級葉片全部要實施動平衡試驗，并且在轉(zhuǎn)子裝配好之后，在出廠之前實施高、低速動平衡檢測工作，從而將轉(zhuǎn)子的不平衡量嚴格控制在符合規(guī)定要求的范圍之內(nèi)。

2.動靜部位摩擦問題

汽輪機轉(zhuǎn)軸在運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子中心O必然會偏離靜子的幾何中心O，當偏離的距離達到兩端支撐軸承的徑向間隙時，兩者便發(fā)生了觸碰。此時，轉(zhuǎn)子上與靜子部件觸碰的點A會受到一個大小為N徑向作用力和一個與轉(zhuǎn)動方向相反的切向摩擦力f的作用，如圖1所示。動靜部位碰摩的原因有：第一，動靜間隙過小，這可能是由于設計不當或安裝時間隙調(diào)整不當所致；第二，轉(zhuǎn)子振動引起，當振動振幅大于動靜間隙時，就會發(fā)生碰磨；第三，軸系對中不好，可能造成整個轉(zhuǎn)子偏斜，從而引發(fā)碰磨。轉(zhuǎn)子的動靜碰磨常伴隨著其它現(xiàn)象，因此，在處理實際問題時，需將動靜碰磨與其它振動特征結(jié)合起來進行分析，便于準確判斷出故障所在。

3.汽流激振問題

汽流激振實際是指汽體壓降促使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生位移，與汽缸發(fā)生偏移形成漩渦，由于漩渦的流動而引起的振動。通過實際分析可知，氣流激振其主要特征如下：第一，會產(chǎn)生較大量值的低頻分量；第二，運行參數(shù)會直接影響振動的增大，且增大呈現(xiàn)突發(fā)性。造成這種問題的原因主要有以下情況：第一，葉片受到不均衡的來流氣體沖擊，引發(fā)的氣流激振，因大型機組的末級較長，汽體極易在大型機組的葉片膨脹末端發(fā)生流體紊亂，進而引發(fā)氣流激振；第二，軸封也會引發(fā)氣流激振，因此針對氣流激振的特征及產(chǎn)生的原因，在對其進行故障處理時，必須要連同對機組振動的長時間記錄數(shù)據(jù)，機組的滿負荷數(shù)據(jù)做成機組曲線表，并通過對升降負荷速率的改變，對曲線的變化進行觀察，利用汽輪機不同負荷時高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振問題。

4.油膜渦動與油膜振蕩

油膜渦動出現(xiàn)在滑動軸承支撐的軸系當中，滑動軸承受動載荷時，軸頸隨著載荷的變化而發(fā)生位置改變，位置改變的過程中產(chǎn)生慣性力，這個慣性力也變成一種載荷，并且是一種動載荷。軸頸在外載荷的作用下，其中心線相對于軸承中心偏移了一定的距離而運動，當繼續(xù)施加一擾動力，軸頸中心將再次改變位置，最終回到原先的位置或在一個新的平衡位置保持不變，此時，軸承是穩(wěn)定的，反之便是不穩(wěn)定的。后者的狀態(tài)相當于軸頸中心線繞著平衡位置而發(fā)生運動，叫做渦動。因油的平均流速是轉(zhuǎn)軸角速度的一半，油膜渦動又叫為半速渦動。油膜振蕩是由于油膜的半速渦動而引起的，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高到第一臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時，油膜渦動的頻率與轉(zhuǎn)子的固有頻率相等，這便引起了共振，即油膜振蕩。

三、汽輪機運行調(diào)整措施

1.做好設備運行檢查與管理

第一，在機組運行過程中，必須在檢修的時候重新檢查汽輪機轉(zhuǎn)子，并且嚴格遵照工藝要求來安裝新葉片，結(jié)合機組結(jié)構(gòu)特點以及機組的運行工況，對各部位之間的動靜間隙進行優(yōu)化與調(diào)整；第二，對轉(zhuǎn)子以及汽缸的膨脹規(guī)律進行深入分析， 在啟停機以及工況變化的時候必須對脹差進行調(diào)整與控制；第三，在機組啟停的時候，必須對上下缸的蒸汽參數(shù)的變化、溫度差、監(jiān)視段壓力以及軸的振動嚴格加以控制；第四，在運行過程中應避免水沖擊，停機之后禁止冷水、冷氣進入汽缸；第五，啟動之前以及升速的時候，必須對轉(zhuǎn)子晃度以及振動進行監(jiān)視，嚴禁在超限時強行啟動；第六，強化對操作人員的崗位技能教育與培訓工作，操作人員必須嚴格遵照運行規(guī)程對汽輪機組的運行狀況進行監(jiān)視，定期實施監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

2.加強動靜部位碰摩故障診斷

對汽輪機動靜部位碰摩的診斷要求具有高準確性，因為一旦斷定發(fā)生了碰摩，必須要停機開缸檢修，工作量很大。動靜部位碰摩的診斷技術(shù)比較難以掌握，需要多種手段的組合運用，如詳細記錄汽輪機啟動、停車過程的波特圖、極坐標圖，做出全頻譜級聯(lián)圖，了解汽輪機安裝及大修情況，翻閱安裝或大修時的間隙記錄，啟機時采取“聽診”，這些方法在診斷過程中可以結(jié)合在一起使用，以提高診斷結(jié)果的準確性。另外，動靜部位碰摩的診斷應盡量利用電渦流傳感器，當懷疑汽輪機存在動靜碰摩現(xiàn)象時，如果事先沒裝電渦流傳感器，應盡早加裝，以利后續(xù)的診斷。

3.做好汽流激振及油膜振蕩分析

在汽輪機工作的過程中，會發(fā)生汽流激振的故障，首先需要對汽流激振進行相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并且記錄下來，然后用圖表的形式展現(xiàn)出來，通過對圖表的觀察，分析其中的內(nèi)在規(guī)律，找到相關(guān)的解決措施。同時，汽輪機在工作的過程中，出現(xiàn)了油膜振蕩的情況，需要及時采取措施加以解決，一般來說可以解決該類故障的方法比較多，其一，可以將軸瓦比壓增高來解決；其二，可以將軸瓦頂部的間隙減小，或者是將上軸瓦軸承合金的寬度增大來實現(xiàn)解決；其三，可以將軸頸與軸瓦之間的接觸角度縮小，但是不能夠太小，需要控制在30°與40°之間；其四，減小潤滑油的動力粘連度；其五，將轉(zhuǎn)子原有的不平衡位置調(diào)節(jié)到平衡的狀態(tài)。

4.積極應用振動監(jiān)測技術(shù)

汽輪機發(fā)生故障不是一個偶然的事件，是一個動態(tài)變化的過程，我們可以利用現(xiàn)代的監(jiān)測技術(shù)進行監(jiān)視，從而及時的發(fā)現(xiàn)汽輪機出現(xiàn)故障的位置，這樣可以實現(xiàn)針對性的了解故障發(fā)生的原因和狀況，從而提取有效的措施實現(xiàn)問題的解決。通過這種方式實現(xiàn)對汽輪機故障的監(jiān)測是最原始的方法，在對汽輪機工作狀態(tài)下進行監(jiān)測時，學會觀察目前的狀態(tài)和正常運行時的狀態(tài)的變化，這樣系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)也能及時的采取相應的措施，這種類型的檢測技術(shù)，減少了機械故障發(fā)生的概率，也節(jié)省了定期維修的費用，機械設備的使用壽命以及使用的效率得到極大的提升，發(fā)電的可靠性也得到了保證，檢修過程中存在的風險和投入的成本也會減少。

四、結(jié)束語

總而言之，汽輪機是重要的電力生產(chǎn)設備，在實際運行過程中可能存在各種振動故障，這就需要相關(guān)人員能夠加強檢修，并對其運行過程進行深入研究，提升汽輪機運行質(zhì)量。

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