汽輪機的簡單事故處理之我見

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活以及社會生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)﹄娏π枨笠苍诓粩嘣鲩L。對大型汽輪發(fā)電機組的裝機容量安全可靠性要求也越來越高。機組振動是影響汽輪發(fā)電正常運轉(zhuǎn)中最重要的一點。本文主要分析了一些常見振動的問題

【關(guān)鍵詞】：汽輪機 振動 轉(zhuǎn)子 原因

一、汽輪機的結(jié)構(gòu)

汽輪機主要由轉(zhuǎn)動部分(轉(zhuǎn)子)和固定部分(靜子)組成。轉(zhuǎn)動部分包括葉柵、葉輪或轉(zhuǎn)子、主軸和聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件。固定部件包括氣缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套(或靜葉持環(huán))、汽封、軸承、軸承座、機座、滑銷系統(tǒng)以及有關(guān)緊固零件等。

汽輪機的工作原理是，具有一定壓力、溫度的蒸汽，進入汽輪機，流過噴嘴并在噴嘴內(nèi)膨脹獲得很高的速度。高速流動的蒸汽流經(jīng)汽輪機轉(zhuǎn)子上的動葉片做功，當(dāng)動葉片為反動式時，蒸汽在動葉中發(fā)生膨脹產(chǎn)生的反動力亦使動葉片做功，動葉帶動汽輪機轉(zhuǎn)子，按一定的速度轉(zhuǎn)動。

二、震動的特點

從上文可以得出，轉(zhuǎn)子在作高速旋轉(zhuǎn)時具有慣性，理論上當(dāng)與主軸的轉(zhuǎn)動軸線重合時即為平衡狀態(tài)。但在實際中不可能做到，機組運行時間一長有些易磨損的部位就會出現(xiàn)質(zhì)量不平衡，離心力和力矩作用在轉(zhuǎn)子及支承系統(tǒng)上，當(dāng)不平衡量積累到一定程度后，影響了發(fā)電機組的正常運行，會給電力生產(chǎn)帶來損失。因此，研究汽輪發(fā)電機組振動故障診斷技術(shù)對機組的安全穩(wěn)定運行有著十分重要的意義和巨大的經(jīng)濟效益，以下就振動特征作簡要分析。

在汽機的各種故障中，由機組轉(zhuǎn)子、軸系質(zhì)量不平衡所引起的振動故障比較明顯，容易確定，較其他故障易于認(rèn)定，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗以及基礎(chǔ)理論分析，不能盲目下結(jié)論，否則振動還會重復(fù)出現(xiàn)。一般有以下特征：

(1)穩(wěn)定的工頻振動在整個信號中占主要成分，工頻分量振幅為主的狀況在各種工況都是穩(wěn)定的，工頻振動的相位同時也是穩(wěn)定的。

(2)穩(wěn)定的工頻振動其幅值與相位隨轉(zhuǎn)速的變化以及定速后隨時間的變化成線性規(guī)律，并且具有重復(fù)性。即使不平衡，也不是由轉(zhuǎn)子的原始不平衡所引起，而是來自轉(zhuǎn)子的熱彎曲或轉(zhuǎn)動部件的松動等引起，現(xiàn)象也是重復(fù)的。

三、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的分類特征

轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量不平衡的來源主要有三個：

l.原始質(zhì)量不平衡

原始質(zhì)量不平衡是指轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動之前已經(jīng)存在的不平衡。通常是在加工制造零件過程中造成的；或是在檢修時更換轉(zhuǎn)動部件、對輪調(diào)整不當(dāng)，也會改變轉(zhuǎn)子軸系原有的質(zhì)量分布，造成的新的質(zhì)量不平衡。最顯著的特征是在一定轉(zhuǎn)速下，振幅和相位受機組參數(shù)影響不大，隨升速時或帶負(fù)荷的時間延續(xù)變化不大，也不受冷熱態(tài)啟動方式的影響。

新機組軸系存在的原始不平衡在第一次升速就會顯現(xiàn)出來，對轉(zhuǎn)子進行任何處理之前的升降速振動數(shù)據(jù)應(yīng)該表明，特征重復(fù)性明顯。大修后機組如果較大修前工頻振動變大，則表明在大修中必然動過轉(zhuǎn)子部件，如換葉片、拔護環(huán)等。反之，如果轉(zhuǎn)子上的部件沒有任何變動而出現(xiàn)了工頻振動大的情況，則應(yīng)仔細分析原因。

2.轉(zhuǎn)動部件飛脫和松動

飛脫時產(chǎn)生的工頻振動一般是突發(fā)的，造成的一倍頻變化一般是階躍式的，以某一瓦振或軸振為主，在數(shù)秒鐘內(nèi)振幅迅速增大到一個固定值，相位也同時會出現(xiàn)一個固定的變化。相鄰軸承振動相應(yīng)增大，但變化的量值不及前者大。這種故障一般發(fā)生在機組提升轉(zhuǎn)速或帶有某一負(fù)荷的情況下。轉(zhuǎn)動質(zhì)量的飛脫也可能以量小、多次性逐漸飛脫的形式出現(xiàn)。它造成的一倍頻振幅和相位的變化是漸變的。

3.轉(zhuǎn)子熱彎曲

新機轉(zhuǎn)子的熱彎曲一般來自材質(zhì)熱應(yīng)力。這種熱彎曲狀態(tài)是固有、可重復(fù)的，因而可以采用平衡的方法處理。只要沒有使轉(zhuǎn)子發(fā)生永久塑性變形，這類熱彎曲都是可恢復(fù)的，引起熱彎曲的根源消除后，工頻振動大的現(xiàn)象也會隨之自行消失。

排氣缸溫度過高導(dǎo)致振動工頻振幅增大是運行中時而發(fā)生的另一種現(xiàn)象。從原理上分析，它也應(yīng)該是使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了熱彎曲。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子也常會因為通風(fēng)道堵塞引起轉(zhuǎn)子一側(cè)溫度高于對面一側(cè)，使得轉(zhuǎn)子發(fā)生類似于一階振型的彎曲，它影響到第一階振型分量的振動，表現(xiàn)最明顯的應(yīng)該在過一階臨界轉(zhuǎn)速時的工頻振動增大，在非第一臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，將影響到一倍頻振動的同向分量。

這種熱變形在汽輪發(fā)電機組軸系的汽機段都可能出現(xiàn)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。溫度高的高壓轉(zhuǎn)子比低壓轉(zhuǎn)子來得嚴(yán)重。有時，數(shù)米長的轉(zhuǎn)子的中部，跨中點徑向熱變形偏差可達數(shù)十微米。

轉(zhuǎn)子熱彎曲可以引起質(zhì)量不平衡，這種原因產(chǎn)生的振動特征是工頻振動與時間和蒸汽參數(shù)變化有直接的、明顯的關(guān)聯(lián)。隨機組參數(shù)的提高和高參數(shù)下運行時間的延續(xù)，工頻振幅逐漸增大，相位也隨之緩慢變化，一定時間后這種變化趨緩，最終基本不變。

存在熱彎曲的轉(zhuǎn)子降速過程的振幅，尤其是過臨界轉(zhuǎn)速時的振幅，要比轉(zhuǎn)子溫度低啟機升速時的振幅大。兩種情況下的波特圖可以用來判斷是否存在熱彎曲。為此有時需要安排專門的試驗，機組不采用滑參數(shù)停機的方式，較快地減負(fù)荷，不解列打閘，以觀察轉(zhuǎn)子溫度高的條件降速過程的幅頻特性，和冷態(tài)啟機時進行比對。

四、小結(jié)

對汽輪發(fā)電機組振動的研究，是一門復(fù)雜的多學(xué)科綜合技術(shù)。要能更多、更有效地對旋轉(zhuǎn)機械故障地特征進行提取，還應(yīng)依靠信息融合技術(shù)，將振動分析和直接觀察方法、磨損殘余物測定法等其他類型的故障特征提取技術(shù)相結(jié)合。由于實際旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)和運行工況的復(fù)雜性，仍有大量現(xiàn)場觀測的碰磨現(xiàn)象難以有效較清晰的解釋，這就需要對轉(zhuǎn)子動、靜摩擦的機理作更為全面、細致的研究。

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