CC100汽輪機(jī)組振動(dòng)故障的分析與研究

栗夏

摘 要：汽輪機(jī)組的異常振是較為復(fù)雜的故障之一。汽輪機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及汽輪機(jī)安全的穩(wěn)定運(yùn)行，為此分析了我廠#3汽輪機(jī)組振動(dòng)的振源因素，并總結(jié)了處理措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子不平衡 振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TK263.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-01

由于宏偉熱電廠#3機(jī)組振動(dòng)相對(duì)偏大，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的時(shí)候，振動(dòng)值很大超出了不合格的范圍。曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)值大，轉(zhuǎn)速不能到達(dá)3000 r/min而定速的局面。嚴(yán)重影響宏偉熱電廠#3機(jī)組汽輪機(jī)安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)效益。本文就將對(duì)宏偉熱電廠#3號(hào)機(jī)組的振動(dòng)原因進(jìn)行分析，總結(jié)振動(dòng)的表現(xiàn)形式及采取的解決辦法。決不允許在強(qiáng)烈振動(dòng)的情況下讓機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析

宏偉熱電廠#3機(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)CC100-8.83/0.981/0.245型汽輪機(jī)。型式：高壓、雙缸、雙排汽、雙抽、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。 額定功率100 MW，最大功率（冷凝/抽汽），112.5/125 MW，轉(zhuǎn)速3000 r/min，汽壓8.83±0.49 Mpa，汽溫：535（+5-10） ℃。

1.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

當(dāng)轉(zhuǎn)子有質(zhì)量不平衡故障時(shí)，將發(fā)生振動(dòng)，主要特征有：是一個(gè)與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速按振動(dòng)理論中的共振曲線規(guī)律變化，在臨界轉(zhuǎn)速處達(dá)到最大值。振動(dòng)波形近似為正弦波；轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓。

1.2 轉(zhuǎn)子初始彎曲

有初始彎曲的轉(zhuǎn)子具有與質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子相似的振動(dòng)特征，所不同的是初彎轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速較低時(shí)振動(dòng)較明顯。由于彎曲變形與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生橫向激振力激起轉(zhuǎn)子的同步橫向振動(dòng)，在臨界轉(zhuǎn)速附近發(fā)生共振。

1.3 轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡

在機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，橫截面產(chǎn)生不均勻的溫度分布，使轉(zhuǎn)子發(fā)生瞬時(shí)熱彎曲，產(chǎn)生較大的不平衡，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)。它一般與負(fù)荷有關(guān)，改變負(fù)荷，振動(dòng)相應(yīng)地發(fā)生變化，但在時(shí)間上較負(fù)荷的變化滯后，隨著盤(pán)車或機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，整機(jī)溫度趨于均勻，振動(dòng)會(huì)逐漸減少。

引起機(jī)組轉(zhuǎn)子熱變形可能的原因有，轉(zhuǎn)子自身熱應(yīng)力、運(yùn)行中氣缸進(jìn)水、進(jìn)冷空氣以及動(dòng)靜摩擦、中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。2010年我廠大修前，3#機(jī)組曾因轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油，導(dǎo)致機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間異常振動(dòng)。其表現(xiàn)形式為： 汽缸膨脹受阻，使軸承支承剛度降低；轉(zhuǎn)子熱彎曲。3#機(jī)組異常振動(dòng)，懷疑轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油，揭缸、吊出轉(zhuǎn)子、分解悶頭、打開(kāi)中心孔蓋，利用壓縮空氣清掃中心孔，吹出0.6 kg油，從而減小了熱彎曲發(fā)生的

幾率。

1.4 轉(zhuǎn)子部件脫落

當(dāng)脫落的部件質(zhì)量相當(dāng)大時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量不平衡，從而使轉(zhuǎn)子的振幅值突然增大。轉(zhuǎn)子部件脫落的前后，振動(dòng)的幅值和相位突然發(fā)生變化；部件脫落一段時(shí)間后，振動(dòng)的幅值和相位趨于穩(wěn)定。

2011年，我廠3#機(jī)組大修，高壓缸大蓋揭開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)高壓缸調(diào)速級(jí)一動(dòng)葉片斷裂飛出，引起首級(jí)靜葉片局部受損，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡遭到破壞，最終導(dǎo)致振動(dòng)異常。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：汽機(jī)首級(jí)葉片有一片齊根斷裂，留在高壓缸左側(cè)首級(jí)隔板與調(diào)速噴嘴之間。此問(wèn)題發(fā)現(xiàn)前3#機(jī)組運(yùn)行中始終處于振動(dòng)不穩(wěn)定狀態(tài)、機(jī)組啟停困難、惰走時(shí)間縮短等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)機(jī)組大修，更換了損壞的復(fù)速級(jí)葉片，機(jī)組振動(dòng)減小至正常范圍，現(xiàn)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，異常振動(dòng)消失。

1.5 轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢

如果蒸汽的品質(zhì)長(zhǎng)期不合格，汽輪機(jī)的葉片表面將結(jié)垢，使轉(zhuǎn)子平衡遭到破壞，振動(dòng)增大。由于結(jié)垢需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，所以振動(dòng)是隨著年月逐漸增大的。幅度值和相位隨時(shí)間發(fā)生極為緩慢的變化。

1.6 油膜振蕩

油膜振蕩是軸頸帶動(dòng)潤(rùn)滑油高速流動(dòng)時(shí)，高速油流反過(guò)來(lái)激勵(lì)軸頸，使其發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，渦動(dòng)頻率可能與轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速相等或接近，其渦動(dòng)振幅將被共振放大，即產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，此時(shí)稱為油膜振蕩。其振動(dòng)的主要頻率成分為臨界轉(zhuǎn)速左右的頻率。

1.7 間隙振蕩

轉(zhuǎn)子與靜子的徑向間隙變化出現(xiàn)偏差，這種偏差會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子切向力，導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)生。間隙振蕩與機(jī)組負(fù)荷有著顯著的關(guān)系，當(dāng)機(jī)組帶到一定負(fù)荷時(shí)突然發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)振動(dòng)又突然

消失。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)的處理措施

針對(duì)上述原因，我廠根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定了以下處理方法。

2.1 振動(dòng)故障分析及消振處理

2011年#3機(jī)組大修期間，針對(duì)#3汽輪機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了研究探討，由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中出現(xiàn)了不平衡，經(jīng)計(jì)算給轉(zhuǎn)子加平衡塊后，#3汽輪發(fā)電機(jī)的#4軸承振動(dòng)也有了較好的改變。

2.2 修復(fù)斷裂葉片做好動(dòng)平衡

由于#3機(jī)組振動(dòng)過(guò)大主要是由于葉片的斷裂而引發(fā)的質(zhì)量不平衡而引起的，經(jīng)過(guò)機(jī)組多次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，在轉(zhuǎn)子上加裝平衡塊，使機(jī)組過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)峰值小于報(bào)警值，工作轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)峰值達(dá)到振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題得到了圓滿解決。

2.3 防止轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油

由于#3機(jī)組中心孔進(jìn)油可能引起機(jī)組振動(dòng)，應(yīng)采取一定措施防止再次進(jìn)油。轉(zhuǎn)子中心孔探傷的涂油要清理干凈，把堵頭堵好；檢查轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔；檢查調(diào)速器小軸是否存在進(jìn)油的隱

患等。

2.4 避免轉(zhuǎn)子結(jié)垢措施

為了避免轉(zhuǎn)子結(jié)垢而引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生振動(dòng)，就要保證蒸汽品質(zhì)和溫度在標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量范圍內(nèi)，并且定期分析蒸汽各參數(shù)指標(biāo)，必要時(shí)還要停機(jī)檢修。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我廠#3機(jī)組的振動(dòng)分析研究表明，當(dāng)轉(zhuǎn)子的內(nèi)在狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其振動(dòng)形態(tài)也將隨之發(fā)生改變。我們只要能抓住振動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的不同特點(diǎn)進(jìn)行分析，就能找出振動(dòng)的原因并解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 剪天聰.汽輪機(jī)原理[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2] 施維新.汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[3] 趙瑞林.關(guān)于發(fā)電機(jī)組異常震動(dòng)的分析[J].工業(yè)科技，2005（8）.

[4] 李錄平.汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.