關于汽輪發電機異常振動的問題分析

黃帥

(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

關于汽輪發電機異常振動的問題分析

黃帥

(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

發電機解決了人類所用的電力來源和產生的問題,因此,應該更加重視發電機的發明和改進以及發電機所出現的問題,這里以汽輪發電機為代表,詳細地介紹了汽輪發電機的基本構造和所出現的問題,尤其是振動異常所引發的一連串問題。

汽輪發電機 振動 異常

發電機的歷史非常悠久,它是在十九世紀早期由著名的物理學家法拉第發明而成,從而使人類進入了文明時代。而根據不同的方式使發電機發電的原因也就導致了發電機的多種多樣,其中,利用蒸汽將機械能轉化為電能的發電機叫做汽輪發電機。汽輪發電機自然也是由機械能轉化為電能,因此振動對發電機的影響力顯得尤為重要。下面將具體介紹發電機振動異常的問題。

1 汽輪發電機出現的問題

1.1 由于離心力產生的振動異常

汽輪發電機主要的組成部分是軸承、端蓋、定子、轉子。一個物體如果做勻速圓周運動,那么它就會有一定的切向加速度和法向加速度,切向加速度是改變物體運動的速率,而法向加速度是改變物體的運動方向。轉子就是做圓周運動的,所以它也不例外。但是當物體本身受到的力小于向心力的時候,物體就會做離心運動。然而對于轉子,由于為了使做有用功的功率更大,需要保持高速的旋轉,但是高速的旋傳會導致一定的壞處,就是轉速過快會使受到靜摩擦力變成動摩擦力后會小于受到的向心力從而做離心運動。但是,為了使轉子受到的合外力與離心力平衡,與轉子連接的軸承就會給運動面一個力,轉速越大,軸承給予轉子的力就會越大,使軸承受到的力就越大,從而使汽輪發電機的振動異常,這就是離心力引發的汽輪發電機的異常振動。

1.2 由于轉子本身導致的振動異常

轉子是所組成汽輪發電機中最主要的部件,一個轉子的好壞直接影響汽輪發電機的品質。比如轉子的粗糙、損壞、或者質量分布不均,這些都是影響轉子以及汽輪發電機的重要因素。其中最主要的就是轉子本身的質量分布不均勻的問題。轉子旋轉,就必須所受到的空氣阻力要小才能更好地增大效率,如果它的質量分布不均就會由于受到過多的外力而是振幅增大,出現汽輪發電機的振動異常的問題。轉子具有慣性,過大的不平衡力會使轉子、軸承等一些部件出現大幅度振動的情況,從而使支承所受的壓力過大,導致支承被破壞,造成支承斷裂的情況。轉子質量不平衡也是多種情況造成的,原始質量本身制造的不平衡:這種不平衡會在一定的轉速下并且保持不變；因使用時間過長導致轉動部件飛脫或者松動:比如葉片、圍帶、平衡質量塊等飛脫,護環、對輪、轉子線圈等部件的松動,所以振動的振幅會迅速地增大導致振動異常；轉子旋轉導致表面溫度過高從而在熱應力的作用力下不在恢復原來的形狀產生的轉子熱彎曲,葉片或者葉輪不均勻地腐蝕,具體表現比如振動突然增大,軸瓦和回油的溫度驟然升高。

1.3 由于汽輪機膨脹產生的振動異常

對于汽輪發電機出現的異常振動,汽輪機的膨脹因素更是非常重要的原因。膨脹自然導致各部分軸承之間的位置發生改變,從而影響到轉子,進而發生振動異常的情況。如果是底座膨脹,還會導致支撐力不足,從而使汽輪發電機產生振動異常。產生膨脹的原因都有哪些呢？比如,在啟動汽輪發電機的時候,蒸汽進入時的壓力、溫度等一系列參數過高,導致汽輪機膨脹；軸承磨損程度過大,使軸承偏離；暖機的時間過短,或者升溫的速度過快會導致汽輪機的膨脹；雙層缸中進入了冷氣亦或是冷水,會導致機器驟然膨脹；對于有多個轉子的機器,每個轉子轉速的不同不僅會相互產生一定的影響,而且相鄰轉子之間的脹差會使汽輪機膨脹。

1.4 由于發電機原理而產生的振動異常

法拉第發明發電機是在他發現了電磁感應定律的基礎上發明的一種可以產生電的機器。因此,發電機的發電原理就是電磁感應現象。所以,電磁力的干擾也就會使汽輪發電機產生振動異常的問題。產生電磁力的原因很多,比如由于電極轉子繞阻的通風口處有金屬的雜物,或者是轉子的集電環的地方不能很好地絕緣,發電機的轉子繞組發生接地的問題,主要就是因為發電機碳刷處產生火花以及碳刷的破損等一系列現象。電磁力干擾還有一個問題,就是由于連接的電網的運行的頻率波動等一系列因素,引起汽輪發電機的振動異常。

2 處理異常振動的方法

2.1 對于離心力的處理

相對于離心力導致的振動異常,汽輪發電機的轉子在安裝時要保持安裝的每一個葉片都保持平衡,要進行平衡試驗,之后再對轉子進行低速和高速的平衡試驗,動平衡試驗要在規定的轉速下完成,否則也會導致離心力的產生,值得注意的是機械加工的精確度,提高汽輪發電機的品質,保證轉子的不平衡率降低。

2.2 對于轉子本身的處理

對于轉子質量不平衡引發的異常振動,首先就是轉子的品質,注重廠家的選擇,購買有一定知名度品牌的轉子,并且要注意與汽輪發電機相匹配,提高汽輪機、發電機制造廠加工精度和裝配精度,進行高速平衡,保證裝配質量,從而減小原始質量造成的異常振動,要減小因轉動部件飛脫和松動引起的異常振動,使機器在額定的轉速之下運行,否則就會出現上述問題。因此,在設計制造的時候多加注意。而對于熱彎曲造成的質量分布不均導致的異常振動,在制造廠中應進行一道工序:熱跑。讓轉子在熱處理爐中緩慢地轉動幾天,來減少制造轉子時殘留的熱應力。

2.3 對于汽輪機膨脹的處理

當機器在冷態啟動時遇到膨脹時,應適當延長暖機的時間,從而保證汽輪機組各個部分都充分膨脹,以防止發生動摩擦和靜摩擦,需要注意的是,在輸入蒸汽的時候,要懂得控制蒸汽的溫度,考慮到蒸汽對汽輪機所產生的壓力、流量等一系列的參數,定期檢查軸承或者滑銷系統等部件,確保每個部件都能很好地運行,注意雙層缸的封閉良好,以防止進入冷氣或者冷水,進水的時候控制速度,水的沖擊也會產生影響,而且加熱水的裝置加熱適宜,溫度不宜過大,否則,溫度過高,也會導致汽輪機的膨脹,從而間接導致振動異常。

2.4 對于發電機原理產生的處理

要想減小汽輪發電機的原理所導致的異常振動,就應杜絕電磁力對汽輪發電機的干擾導致的異常振動。注意轉子繞組的通風口處保持干凈,不能帶有可以導電的雜物,比如金屬、石墨等。并且注意轉子集電環的地方涂上絕緣漆或者纏住絕緣膠皮,防止導電使汽輪發電機振動異常。控制好連接的電網運行的頻率波動,防止產生電磁力的干擾。

3 結語

隨著工業發展我國經濟的作用越來越大,應該重視一些大型機械的制造與它們所出現的問題以及解決辦法 。而汽輪發電機在人們的生活中起著巨大的作用,研究者和操作人員都應努力學習和解決汽輪發電機所出現的問題。只有深刻認識到發電機所出現的問題,才能更好地發揮發電機的作用。

[1]陳學杰,楊薛亮.汽輪發電機轉子工頻振動的原因分析與診斷[J].電力設備,2013:67-70.

[2]黃文虎.設備故障診斷原理、技術及應用[M].北京:科學出版社,2012.