基于汽輪機(jī)組振動問題的分析

李 穎

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000 ）

基于汽輪機(jī)組振動問題的分析

李 穎

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000 ）

本文在基于汽輪機(jī)的工作原理、振動標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，闡述了汽輪機(jī)組振動問題的分析。供同行參考。

汽輪機(jī)組； 振動故障；特征分析

汽輪機(jī)是以蒸汽為動力，并將蒸汽能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式的動力機(jī)械。它主要由靜子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。靜子又可以包括汽缸﹑進(jìn)排汽部分以及軸承座等；轉(zhuǎn)子又可以分為主軸﹑葉輪﹑動葉片和聯(lián)軸器等。在實(shí)際的工作中它主要用作發(fā)電用的原動機(jī)，也可直接驅(qū)動各種泵和船舶螺旋槳等。同時，還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要 。

1 汽輪機(jī)的工作原理

它的工作原理主要是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的外燃回轉(zhuǎn)式機(jī)械，把來自鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，依次經(jīng)過系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。蒸汽在汽輪機(jī)中，以不同方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，便構(gòu)成了不同工作原理的汽輪機(jī)。其工作原理如圖1所示：

圖1 汽輪機(jī)發(fā)電動力裝置示意圖

2 汽輪機(jī)及汽輪機(jī)組的振動標(biāo)準(zhǔn)

說起汽輪機(jī)的振動，首要的是葉片的振動。當(dāng)葉片受到一周期性外力稱為激振力作用時，它會按外力的頻率振動，而與葉片的自振頻率無關(guān)，即為強(qiáng)迫振動。在強(qiáng)迫振動時，若葉片的自振頻率與激振力頻率相等或成整數(shù)倍，葉片將發(fā)生共振，振幅和振動應(yīng)力急劇增加，可能引起葉片的疲勞損壞。 若葉片斷裂，其碎片可能將相鄰葉片及后邊級的葉片打壞，還會使轉(zhuǎn)子失去平衡，引起機(jī)組強(qiáng)烈振動，造成嚴(yán)重后果。由此可知，葉片振動性能的好壞對汽輪機(jī)安全運(yùn)行影響很大，因此必須對葉片振動問題進(jìn)行研究。

另外，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量偏心引起的離心力作用在轉(zhuǎn)子上，相當(dāng)于一個頻率等于轉(zhuǎn)速的周期性激振力，迫使轉(zhuǎn)子振動。當(dāng)激振力頻率等于轉(zhuǎn)子橫向自振頻率時，便發(fā)生共振，振幅急劇增大，此時的轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

而汽輪機(jī)組的振動標(biāo)準(zhǔn)，一般來說是有軸承的振幅或軸的振幅大小來衡量。它的振動允許值隨著機(jī)組的不同而出現(xiàn)變化，表1是汽輪機(jī)組的振動標(biāo)注值。

從表中我們可以看到，雙峰振幅是測點(diǎn)單峰振幅的2倍。我們可以取軸承座垂直﹑水平等不同的方向獲得最大值。但是由于受到外界環(huán)境的影響，在軸承上測得的振幅不能完全反映出轉(zhuǎn)動的振動具體情況，所以我們還要測量轉(zhuǎn)子的振動數(shù)值作為振動標(biāo)準(zhǔn)。

另外就現(xiàn)在來說，我們現(xiàn)在使用的是直接測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的非接觸式儀表。國家將其做了規(guī)定，具體如表2。

表1

表2

3 汽輪機(jī)組振動原因分析

造成汽輪機(jī)組振動的原因是多方面的，筆者將其分析如下：第一方面是設(shè)計制造。為什么這樣說，因為汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配時每裝配一級葉片都應(yīng)對級葉片進(jìn)行動平衡試驗，而整個轉(zhuǎn)子裝配完成后在出廠之前還應(yīng)該對整個轉(zhuǎn)子進(jìn)行低速和高速動平衡，這樣做的目的是以確保轉(zhuǎn)子的不平衡量在一個合格的范圍內(nèi)。如果在設(shè)計時候把轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不能重合，那么這個離心力會對軸承產(chǎn)生一個激振力而使之引起機(jī)組振動，如果這個離心力過大，則機(jī)組的振動就會異常。

第二方面是安裝和檢修。這在安裝和檢修方面影響很大。現(xiàn)在很多汽輪發(fā)電機(jī)組的軸承振動過大都是由于安裝和檢修不當(dāng)引起的，或者說機(jī)組的振動很多時候都是可以通過安裝或檢修來解決的。這是需要我們及時注意解決的。

4 汽輪機(jī)組振動故障診斷

現(xiàn)在對它的診斷方法主要是從故障特征出發(fā)，并采用分析等方法對其故障做出準(zhǔn)確的判斷。演繹推理的辦法又可以分為正向推理和反向推理。正向推理它規(guī)定了振動范圍必須明確，方式是在能夠引起機(jī)組振動故障全部原因與實(shí)際機(jī)組存在的振動特征，進(jìn)行比較﹑分析，對那些不能排除的故障不能排除。有時候它也是和反向推理相補(bǔ)充的。思維方式上要比反向推理直接診斷故障要嚴(yán)密，可以知道很高的診斷數(shù)據(jù)。

而所謂的反向推理它是一句振動特征反推出振動故障原因。它不需要了解故障范圍，只需要對有關(guān)的故障特征了解就可，這種推理比較容易了解，也是比較受歡迎的。

結(jié)語

汽輪機(jī)組的異常振動是汽輪機(jī)運(yùn)行過程中不可避免的故障,同時也是較為常見的故障。但是要引起我們的重視，只有這樣在生產(chǎn)中才能滿足需要。

[1]吳景豐，汽輪發(fā)電機(jī)組常見振動故障診斷的研究[J]．大連理工大學(xué), 2003．

[2]高向東．淺析發(fā)電機(jī)組異常振動的原因及解決辦法[J]．黑龍江科技信息,2009 ．

TM311

A