倪福源

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汽輪機(jī)的異常振動(dòng)現(xiàn)象比較常見,要想通過異常振動(dòng)來判斷汽輪機(jī)的故障情況相對(duì)來說還是比較復(fù)雜的,汽輪機(jī)的異常振動(dòng)影響因素較多,例如：進(jìn)氣參數(shù)、油質(zhì)、油溫控制、系統(tǒng)零部件、轉(zhuǎn)子、軸承等,對(duì)于汽輪機(jī)的運(yùn)行都可能產(chǎn)生一定的影響,引發(fā)異常振動(dòng)現(xiàn)象,針對(duì)不同部位發(fā)出的異常振動(dòng)以及聲響特點(diǎn)進(jìn)行分析,需要相關(guān)的運(yùn)行人員具備一定的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),能夠有效對(duì)于不同的異常振動(dòng)進(jìn)行判斷分析,從而排除故障,解決振動(dòng)問題,保證汽輪機(jī)的正常有序運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的主要原因

1.1 設(shè)計(jì)及制造缺陷 汽輪機(jī)在制造階段,由于在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上存在不合理或者零部件加工精度不夠,轉(zhuǎn)子在高速和低速平穩(wěn)試驗(yàn)過程中無法達(dá)標(biāo),出現(xiàn)一側(cè)離心力,使得機(jī)組產(chǎn)生異常振動(dòng)故障,這是汽輪機(jī)本身在生產(chǎn)制造過程中就存在的弊病,設(shè)備制造商是問題出現(xiàn)的源頭。

1.2 安裝工藝不合格 機(jī)組在組裝時(shí)的工藝精度,將直接對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生影響。汽輪機(jī)支承系統(tǒng)中,軸頸與軸承鎢金側(cè)間隙不當(dāng)、軸承與軸瓦安裝間隙不合格、軸承標(biāo)高不合理、軸承座地腳螺栓松動(dòng)等,均會(huì)引起汽輪機(jī)的異常振動(dòng)。這就要求現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)掌握好各零部件的間隙,避免摩擦磨損的情況出現(xiàn)。

1.3 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱變形 在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中,轉(zhuǎn)子因受熱不均出現(xiàn)彎曲變形,將會(huì)引發(fā)汽輪機(jī)的異常振動(dòng),而轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲變形的影響因素比較多,主要原因有：動(dòng)靜摩擦、轉(zhuǎn)子受熱或冷卻不均勻、中心孔進(jìn)油等。比較常見的情況是,機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)后帶初負(fù)荷,轉(zhuǎn)子溫度攀升,金屬內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形,一倍頻振動(dòng)增大,并伴隨離心相位發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子在出現(xiàn)彎曲變形后,彎曲的轉(zhuǎn)子會(huì)造成軸彈力的變化,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象,這兩種作用力如果實(shí)現(xiàn)相互抵消,作用力大小需要保持一致,但是不平衡會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力差距增大,無法實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互抵消,這種力的差距會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)。

1.4 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡可分為靜不平衡與動(dòng)不平衡。對(duì)于軸向尺寸較小的轉(zhuǎn)子一般表現(xiàn)為靜不平衡,當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量重心偏離中心一定距離時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力,離心力的合力不為零時(shí),其方向會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性變化,同時(shí)離心力會(huì)對(duì)軸承施加一個(gè)附加的動(dòng)壓力,使整體產(chǎn)生周期性的振動(dòng)。

轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡通常出現(xiàn)在軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子上,其質(zhì)量分布不可近似地認(rèn)為在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi),離心力為空間力系,單靠在某一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加平衡質(zhì)量的靜平衡方法無法達(dá)到使離心力合力和離心力合力矩為零的目的。必須使用動(dòng)平衡試驗(yàn)法：選定兩個(gè)輔助平面將各不平衡質(zhì)量按比例分解在兩平面內(nèi),最后再利用靜平衡的方法使兩輔助平面內(nèi)的力達(dá)到平衡。

而在運(yùn)行中發(fā)生葉片斷裂、脫落或者磨損不均勻、腐蝕、結(jié)垢等情況,都會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量不平衡；轉(zhuǎn)子找平衡時(shí),平衡塊選擇不當(dāng)或者安裝位置不當(dāng),轉(zhuǎn)子上某些零部件松動(dòng),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈松動(dòng)或不平衡,均會(huì)造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。以上情況存在時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力就無法達(dá)到平衡狀態(tài),轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,則受到一次沖擊,該沖擊力周期作用的結(jié)果,就是異常振動(dòng)。

1.5 高負(fù)荷下配汽方式突變或不合理 大功率機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)汽輪機(jī)配汽方式發(fā)生突變,會(huì)引起汽輪機(jī)的異常振動(dòng)。例如：高低壓加熱器汽側(cè)解列,使得抽汽量驟降,可能會(huì)引起汽輪機(jī)超壓超負(fù)荷,從而導(dǎo)致劇烈振動(dòng)；順閥控制的機(jī)組調(diào)節(jié)汽門卡澀或門芯脫落,調(diào)節(jié)級(jí)出現(xiàn)部分進(jìn)汽,氣流沿周向分布不均勻,造成軸系振動(dòng)；如果調(diào)節(jié)汽門重疊度設(shè)置過小或沒有,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性曲線就會(huì)出現(xiàn)波折,影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的同時(shí),也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。

1.6 油膜震蕩 隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的升高,在某一轉(zhuǎn)速下油膜力的變化產(chǎn)生一個(gè)失穩(wěn)分力,使軸頸不僅在旋轉(zhuǎn)過程中圍繞軸中心線運(yùn)行,而且軸中心線本身還需要圍繞平衡點(diǎn)甩轉(zhuǎn)或渦動(dòng),當(dāng)渦動(dòng)頻率等于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí),渦動(dòng)干擾力的頻率與軸頸的固有頻率相等,軸頸振幅急劇放大,此時(shí)便產(chǎn)生油膜震蕩。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)問題有效應(yīng)對(duì)的措施

汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)、制造及安裝中的振動(dòng)控制措施,在此不做贅述,重點(diǎn)探討一下從集控運(yùn)行的角度出發(fā),對(duì)于汽輪機(jī)異常振動(dòng)的控制。主要體現(xiàn)在預(yù)防措施上?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面入手：

2.1 做好轉(zhuǎn)子熱彎曲變形預(yù)防措施 在火電廠的汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作中,要重點(diǎn)針對(duì)異常振動(dòng)問題進(jìn)行分析和研究,明確轉(zhuǎn)子熱變形是影響汽輪機(jī)振動(dòng)的主要原因之一,因此,需要做好轉(zhuǎn)子的防彎曲變形措施。首先要保證啟動(dòng)前機(jī)組和管道的徹底疏水、充分預(yù)熱,汽輪機(jī)連續(xù)盤車2～4h,使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸均勻受熱膨脹,控制脹差、上下缸溫差、內(nèi)外壁溫差在允許范圍內(nèi),最大限度減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生。其次是根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)壁金屬溫度,選擇合理的沖轉(zhuǎn)參數(shù),保證新蒸汽過熱度50℃以上,避免因受熱不均或受冷而導(dǎo)致的動(dòng)靜摩擦。

熱態(tài)機(jī)組啟動(dòng)投軸封供汽時(shí),應(yīng)確認(rèn)盤車裝置運(yùn)行正常,先向軸封供汽,后抽真空。停機(jī)后,凝汽器真空到零,方可停止軸封供汽。應(yīng)根據(jù)缸溫選擇供汽汽源,以使供汽溫度與金屬溫度相匹配,避免軸封汽帶水。

2.2 保證汽水品質(zhì) 嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐冷、熱態(tài)沖洗制度。新投產(chǎn)機(jī)組和停運(yùn)時(shí)間超過150 小時(shí)的鍋爐啟動(dòng)前必須進(jìn)行水清洗。沖洗時(shí)按相關(guān)運(yùn)行規(guī)程步驟操作,同時(shí)加強(qiáng)汽水化驗(yàn),對(duì)Fe、渾濁度、油脂、pH 值、電導(dǎo)率、SiO2等指標(biāo)嚴(yán)格把控,保證給水、蒸汽品質(zhì),水質(zhì)不合格時(shí)禁止回收利用,避免汽輪機(jī)通流部分積鹽結(jié)垢。

2.3 優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整 運(yùn)行中盡可能減少啟停次數(shù),嚴(yán)格控制升速率和負(fù)荷變動(dòng)率,以減少設(shè)備熱疲勞和微觀缺陷引起的裂紋,杜絕超壓、超溫運(yùn)行,防止葉片斷裂；加強(qiáng)對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的監(jiān)視,保證各油泵工作正常、軸承潤(rùn)滑油壓穩(wěn)定,定期化驗(yàn)油質(zhì)合格,顆粒度及水分滿足要求,防止油質(zhì)劣化造成軸瓦損壞。

2.4 做好油膜振蕩問題解決 針對(duì)汽輪機(jī)的油膜振蕩,主要控制措施有：增加軸瓦比壓,提高軸承工作穩(wěn)定性,可通過增加軸承載荷、縮短軸瓦長(zhǎng)度以及調(diào)整軸瓦中心來實(shí)現(xiàn)；縮小軸瓦頂部間隙,使之等于或略小于兩側(cè)間隙之和,這種措施實(shí)際上是增加軸承的橢圓度,進(jìn)而提高軸瓦穩(wěn)定性,它比單純提高軸瓦比壓或減少長(zhǎng)徑比有效；降低軸瓦和軸頸之間的接觸角度；控制好潤(rùn)滑油溫,降低潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度,黏度越大,油分子間的凝聚力越大,軸頸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的油膜厚度就越大,其穩(wěn)定性就越差；增加上瓦的軸襯寬度,以便形成油膜,可提高上瓦油膜力。

總結(jié)

火電廠汽輪機(jī)的異常振動(dòng)問題對(duì)于汽輪機(jī)的整體運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定的影響,需要引起重視。針對(duì)汽輪機(jī)的異常振動(dòng)原因分析,制定相應(yīng)的解決方案,提升汽輪機(jī)故障判斷及預(yù)防能力,是目前火電廠汽輪機(jī)管理工作的重點(diǎn)。