馮 卓

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067001）

雖然振動(dòng)現(xiàn)象在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中普遍存在，是不可避免的，也是被允許的，但如果振動(dòng)過大，那只能說(shuō)明汽輪機(jī)組存在著明顯的缺陷問題。汽輪機(jī)在異常振動(dòng)的作用下，不僅會(huì)造成汽輪機(jī)組各個(gè)零部件之間的連接發(fā)生松動(dòng)，更會(huì)削弱氣缸、軸承座以及基座之間的連接剛度，從而使振動(dòng)愈發(fā)加劇，最終迫使汽輪機(jī)組停機(jī)。正因如此，及時(shí)有效地找出汽輪機(jī)異常振動(dòng)的實(shí)際原因并給予行之有效的解決對(duì)策則成為了確保汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。在安裝汽輪機(jī)組之前，必須要對(duì)汽輪機(jī)組的實(shí)際振動(dòng)情況進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，嚴(yán)格監(jiān)督與防控汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)問題，控制好振動(dòng)臨界值，以保證汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)

汽輪機(jī)在進(jìn)行功能效用的發(fā)揮過程時(shí)，主要是通過能量之間的守恒轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力機(jī)械之間的良好運(yùn)作，主要是利用蒸汽能實(shí)現(xiàn)動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化。在汽輪機(jī)的日常運(yùn)作工程中，通過利用蒸汽的不斷施壓，提高整個(gè)汽輪機(jī)的運(yùn)作速度，從而可以更好的實(shí)現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)化，為整個(gè)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行提供保障。在汽輪機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程時(shí)，會(huì)形成轉(zhuǎn)子周圍環(huán)境氣流和氣壓之間的不平穩(wěn)狀態(tài)，從而可以推動(dòng)整個(gè)葉輪形成旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，為汽輪機(jī)的正常運(yùn)行提供機(jī)械能。而整個(gè)蒸汽工作主要是通過轉(zhuǎn)子之間能量的不斷轉(zhuǎn)化和輸出而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)蒸汽工作完成之后，需要對(duì)蒸汽能實(shí)行動(dòng)力守恒之間的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)子在如此高溫環(huán)境下，還需要保障整個(gè)汽輪機(jī)能夠維持源源不斷的動(dòng)力，這就需要轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)人員對(duì)轉(zhuǎn)子之間的工作形成細(xì)致的檢測(cè)和調(diào)查，管理人員嚴(yán)格監(jiān)督操作人員對(duì)轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)操作流程，一旦發(fā)現(xiàn)任何操作失誤的現(xiàn)象，都需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的更換，從而可以保障整個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)安全可靠運(yùn)行形成一個(gè)良好的動(dòng)力穩(wěn)定保障。

在鋼鐵企業(yè)的日常運(yùn)作過程時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安全隱患和故障問題，而發(fā)生該現(xiàn)象的主要原因是由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)作過程時(shí)產(chǎn)生裂紋以及擴(kuò)展現(xiàn)象，這就需要維修人員對(duì)其進(jìn)行日常的維修和養(yǎng)護(hù)工作，一旦發(fā)生細(xì)微的裂紋和破裂狀態(tài)，就需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的轉(zhuǎn)子更換，從而可以為整個(gè)機(jī)器提供一個(gè)和諧穩(wěn)定的機(jī)組狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)循環(huán)利用，為整個(gè)工業(yè)的發(fā)展也可以節(jié)約一定的生產(chǎn)成本資金。所以，在對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋進(jìn)行細(xì)致的研究過程之后，所形成的理論價(jià)值和信息對(duì)后期的整個(gè)汽輪機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展形成較大的參考價(jià)值。

國(guó)內(nèi)國(guó)外的大部分研究人員著重參考整個(gè)轉(zhuǎn)子裂紋的深度研究，并在不斷考察和實(shí)驗(yàn)的過程之后形成一些有價(jià)值的參考結(jié)果，對(duì)我國(guó)內(nèi)的內(nèi)部研究也起到一定的參考作用。通常情況下，研究人員主要是通過震動(dòng)狀態(tài)以及斷裂力學(xué)的理論來(lái)對(duì)其作出研究和討論，從而可以發(fā)現(xiàn)裂紋之間狀態(tài)與轉(zhuǎn)子之間形成的關(guān)系與表現(xiàn)，找出更適合轉(zhuǎn)子發(fā)生功能調(diào)用發(fā)揮的最佳表現(xiàn)形式。在研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)失衡狀態(tài)的另一因素也是有氣流激振問題所引起的，這就需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行不斷的參考和探究，可以利用模型來(lái)對(duì)其作出虛擬模擬的實(shí)驗(yàn)，找出各個(gè)系統(tǒng)之間產(chǎn)生的因素變化與不同的表現(xiàn)力，從而可以為后期汽輪機(jī)防震發(fā)展做出更好的技術(shù)和信息支撐和保障。

2 汽流激振力作用下基礎(chǔ)松動(dòng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)特性分析

2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響

利用動(dòng)力學(xué)的研究方式來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子在不同情況下進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查與模擬實(shí)驗(yàn)，下圖主要為考慮和不考慮氣流激振力時(shí)整個(gè)轉(zhuǎn)子所形成的表現(xiàn)力，最終的參考數(shù)據(jù)主要為無(wú)量綱位移。其中，a 圖我們可以發(fā)現(xiàn)，周期之間的不同變化所表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)之間有所不同，周期一主要表示整個(gè)轉(zhuǎn)子處于不斷轉(zhuǎn)速的情況運(yùn)動(dòng)中，周期二是指整個(gè)系統(tǒng)之間出現(xiàn)響應(yīng)的現(xiàn)象。而隨著速度的不斷提升，運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)期速度與周期率的變化也實(shí)現(xiàn)不斷地更改，甚至形成混亂的表現(xiàn)狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)響應(yīng)X2，Y4 隨轉(zhuǎn)速w 變化的分叉圖

2.2 支座質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響

下圖主要表現(xiàn)為制作的質(zhì)量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要表現(xiàn)特征的影響，通過以下幾個(gè)圖片的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的主要影響探究。通過圖3 我們可以得知，當(dāng)氣流處于不斷激蕩陣列的情況時(shí)，通過質(zhì)量的不斷變化和增高，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)之間也形成不斷的改變與分叉。而通過圖1 和圖3 的對(duì)比，我們可以得知，當(dāng)支座質(zhì)量的改變?cè)诓粩嘧兓瘯r(shí)，轉(zhuǎn)子體系內(nèi)部的軸心依舊處于高速發(fā)展的變化態(tài)勢(shì)，與前者并未實(shí)現(xiàn)較大的差異，一旦轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度降低，軸心處的轉(zhuǎn)子承載震動(dòng)將會(huì)近趨于0。

圖2 汽流激振力下松動(dòng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)X2、Y4 隨轉(zhuǎn)速w 變化的分叉圖

2.3 診斷結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)收集來(lái)的信息進(jìn)行綜合的探討之后得出結(jié)論，轉(zhuǎn)子彎曲和轉(zhuǎn)子碰磨是汽輪機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)所遇到的兩種主要問題。其中，轉(zhuǎn)子彎曲主要是由于因溫度的不斷改變和受熱之間無(wú)法形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一而形成轉(zhuǎn)子的彎曲表現(xiàn)，彎曲狀態(tài)也可分為臨時(shí)性和永久性的兩大分類，前者比后者的彎曲程度較低，仍然可以在彈力變化之后回歸原型，使整個(gè)轉(zhuǎn)子處于正常發(fā)展?fàn)顟B(tài)。然而永久性變形則是指當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲變形之后，因所表現(xiàn)出來(lái)的彎曲現(xiàn)象和狀態(tài)高于一般水平，從而無(wú)論后期對(duì)其進(jìn)行怎樣的操作都無(wú)法改變彎曲的事實(shí)，甚至?xí)?duì)整個(gè)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行形成阻礙作用。轉(zhuǎn)子內(nèi)部工作的不平衡發(fā)展?fàn)顟B(tài)，振動(dòng)現(xiàn)象也會(huì)因轉(zhuǎn)子的永久性變形形成不安穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。但單純的對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推測(cè)之后，我們并無(wú)法準(zhǔn)確的得知轉(zhuǎn)子彎曲的性質(zhì)，這就需要檢測(cè)人員對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行更進(jìn)一步的深入調(diào)查和研究。除此之外，轉(zhuǎn)子碰摩主要是指轉(zhuǎn)子在日常的運(yùn)作過程時(shí)會(huì)與周圍的零部之間發(fā)生碰撞與摩擦，從而可能會(huì)造成整個(gè)基礎(chǔ)之間無(wú)法保持正常運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)振幅不斷增大的現(xiàn)象，形成轉(zhuǎn)子之間不同葉片之間的不磨合。這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)轉(zhuǎn)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，縮短軸縫之間的縫隙。最終通過實(shí)驗(yàn)調(diào)查研究數(shù)據(jù)，我們可以得出最終的探討結(jié)果:當(dāng)汽輪機(jī)在日常的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)子彎曲和轉(zhuǎn)子碰磨的現(xiàn)象，就需要維修人員對(duì)發(fā)生故障的情況進(jìn)行及時(shí)的維修。

3 對(duì)策

3.1 做好汽輪機(jī)的安裝與檢修工作

在汽輪機(jī)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)過程時(shí)，異常振動(dòng)也是主要問題之一。因此，這就要求在汽輪機(jī)組正常投入運(yùn)行之前，相關(guān)的維修檢測(cè)人員對(duì)其進(jìn)行虛擬模擬的試運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，確保所有的參數(shù)數(shù)據(jù)和表現(xiàn)形式以及震動(dòng)狀態(tài)都能滿足標(biāo)準(zhǔn)之后才可將其投入正常的運(yùn)行和使用。在對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行安裝過程時(shí)，一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)裝置的步驟來(lái)對(duì)其進(jìn)行參考，盡可能的減少位移之間的誤差，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)組位置的精準(zhǔn)性安裝。而后期的日常維修檢測(cè)和檢護(hù)工作，對(duì)于整個(gè)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行也有著不可推卸的責(zé)任，一旦發(fā)生任何影響后期質(zhì)量的安全現(xiàn)象，就需要對(duì)其進(jìn)行位置的確定以及異?，F(xiàn)象的檢測(cè)，將振動(dòng)幅度狀態(tài)降低到安全標(biāo)準(zhǔn)之后才可正常投入使用。

3.2 其他

而為確保整個(gè)汽輪機(jī)正常運(yùn)行，工作人員還需要做好以下四個(gè)步驟:第一，加強(qiáng)震動(dòng)幅度的監(jiān)督，通過對(duì)整個(gè)機(jī)組所承擔(dān)的壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)震動(dòng)幅度的改變；第二，嚴(yán)格監(jiān)督軸承晃度。一旦發(fā)生異?，F(xiàn)象與情況，需要檢測(cè)人員對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的措施采取；第三，對(duì)汽輪機(jī)組內(nèi)部的間隙進(jìn)行適時(shí)的調(diào)節(jié)，確保不會(huì)因?yàn)殚g隙之間的改變而產(chǎn)生安全事故問題；第四，對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)內(nèi)部的軸系進(jìn)行溫度和壓力的測(cè)量，將其控制在可調(diào)整的范圍之內(nèi)，從而可以更好的對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)中的故障問題進(jìn)行更好的處理，推動(dòng)整個(gè)汽輪機(jī)組處于正常的運(yùn)行態(tài)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

因此，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:第一，對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，需要考慮線性間隙之間的氣流激振力，讓其處于不斷運(yùn)行的周期性變化，通過對(duì)混沌現(xiàn)象的不斷檢測(cè)，可以對(duì)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度處于不同的運(yùn)作過程時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的周期和混沌區(qū)狀態(tài)也各有差異。通常情況下，轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)與整個(gè)偏心力和振動(dòng)力之間形成正比的關(guān)系，偏心力越大，振幅越大，甚至?xí)楹笃谵D(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)行形成危險(xiǎn)因素和異常狀態(tài)，在不斷摩擦的過程中，造成整個(gè)機(jī)動(dòng)內(nèi)部系統(tǒng)的失衡。第二，隨著裂紋深度的由淺入深，汽輪機(jī)內(nèi)部氣流激振力的表現(xiàn)也逐漸發(fā)揮著不同的作用力，隨著混沌區(qū)域的不同表現(xiàn)之間的周期性變化，所呈現(xiàn)出來(lái)的轉(zhuǎn)子表現(xiàn)也各有差異，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)最終因裂紋而產(chǎn)生不同的復(fù)雜性特征，且復(fù)雜性表現(xiàn)與裂紋的深度呈現(xiàn)正比關(guān)系；第三，整個(gè)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，一旦整個(gè)汽輪機(jī)組出現(xiàn)異常發(fā)動(dòng)現(xiàn)象，就需要對(duì)主要的間接性氣流振力進(jìn)行良好的探測(cè)，其中包含著異常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)，可以為后期故障的診斷提供現(xiàn)實(shí)的因素。