余熱電站新裝機(jī)組振動(dòng)大的原因分析及處理

李　隨，買荃，吳思龍

余熱電站新裝機(jī)組振動(dòng)大的原因分析及處理

李隨11，買荃22，吳思龍3

針對余熱電站新裝機(jī)組啟動(dòng)中出現(xiàn)的軸承振動(dòng)大現(xiàn)象，根據(jù)軸承振動(dòng)的幾種變化特點(diǎn)，分析了導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)大的原因，并提出解決缺陷的處理方法。對余熱電站新裝機(jī)組的啟動(dòng)試運(yùn)行，具有一定的指導(dǎo)意義。

新裝機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)；軸承振動(dòng)值增大；熱膨脹受阻

1　概述

有些余熱電站的新裝機(jī)組在啟動(dòng)試運(yùn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)軸承振動(dòng)大、超過規(guī)范要求的現(xiàn)象，影響到汽輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，嚴(yán)重者會(huì)危及電站設(shè)備及運(yùn)行人員的安全。因此，軸承振動(dòng)大的問題應(yīng)引起足夠的重視。

2　軸承振動(dòng)大的幾種常見形式和特點(diǎn)

2.1振動(dòng)值隨著暖機(jī)時(shí)間的延長而增大

（1）機(jī)組沖轉(zhuǎn)，升速到低速暖機(jī)時(shí)，初始振動(dòng)值不大，隨著暖機(jī)時(shí)間的延長，振動(dòng)值逐漸增大。

（2）低速暖機(jī)振動(dòng)值增大后，設(shè)備有明顯的擺動(dòng)。

（3）隨著中速暖機(jī)時(shí)間的延長，振動(dòng)值逐漸增大。較嚴(yán)重時(shí)，振動(dòng)值會(huì)迅速增大至接近聯(lián)鎖保護(hù)的設(shè)定值。

（4）如縮短中速暖機(jī)時(shí)間，以較小的振動(dòng)值進(jìn)行機(jī)組的升速，則過臨界后振動(dòng)值會(huì)迅速增大，接近聯(lián)鎖保護(hù)的設(shè)定值，只能打閘停機(jī)。

2.2振動(dòng)值隨著轉(zhuǎn)速上升而增大

（1）機(jī)組在低速或中速暖機(jī)的初始和結(jié)束的時(shí)間內(nèi)，其振動(dòng)值變化不明顯。

（2）隨著機(jī)組的升速，振動(dòng)值迅速增大。在通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)值增大，超過其臨界轉(zhuǎn)速規(guī)定的最大振動(dòng)允許值，即接近100μm。

應(yīng)注意的是：通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其機(jī)組振動(dòng)一項(xiàng)的聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)定值是解列的。

2.3在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動(dòng)值突然增大

（1）中速暖機(jī)結(jié)束，汽輪機(jī)升速，通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)值亦正常，但在接近額定轉(zhuǎn)速或在危急遮斷器進(jìn)行超速試驗(yàn)的升速過程中，振動(dòng)值突然增大，超過規(guī)范要求。

（2）出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)，轉(zhuǎn)速范圍較小，一般不超過50r/min，但振動(dòng)值增大很快。

3　軸承振動(dòng)大的原因分析及處理措施

3.1振動(dòng)值隨著暖機(jī)時(shí)間的延長而增大的原因及處理

（1）低速暖機(jī)時(shí)，即出現(xiàn)振動(dòng)值隨著暖機(jī)時(shí)間的延長而增大的現(xiàn)象，其大多是由汽缸膨脹嚴(yán)重受阻造成的。

后汽缸以左右兩側(cè)托架作為支撐，搭在左右兩側(cè)的后汽缸導(dǎo)板上，托架與導(dǎo)板的滑動(dòng)平面起到支撐汽缸和保證受熱膨脹位移的作用。機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)，受真空、溫度等參數(shù)變化的影響，汽缸的熱膨脹隨之變化。

檢查后汽缸與排汽短節(jié)連接法蘭的四周側(cè)邊，如在連接法蘭的側(cè)邊與排汽缸的基礎(chǔ)孔洞垂直面發(fā)現(xiàn)有二次澆灌時(shí)的填充雜物，相當(dāng)于固定了后汽缸，使熱膨脹受阻，造成低速暖機(jī)時(shí)振動(dòng)迅速增大。

出現(xiàn)上述振動(dòng)情況時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)，鑿開填充在四周的灌漿水泥或其他雜物。實(shí)踐表明，即使汽缸與基礎(chǔ)接觸點(diǎn)較少，其振動(dòng)的影響也是很嚴(yán)重的，必須迅速停機(jī)處理。例如，某余熱機(jī)組檢查發(fā)現(xiàn)，僅是因?yàn)樵谂牌着c基礎(chǔ)垂直面之間落下一塊鋼板，卡在間隙處，也同樣出現(xiàn)了上述振動(dòng)增大的問題。

（2）中速暖機(jī)時(shí)，振動(dòng)值隨著暖機(jī)時(shí)間的延長而增大，其原因也是由于前軸承座及汽缸的膨脹受阻所致。

前軸承座架帶有縱向鍵，不影響前后滑動(dòng)。而前汽缸是靠貓爪搭在前軸承座的貓爪橫銷上，汽缸熱膨脹時(shí)，通過貓爪向前推動(dòng)前軸承座。

影響機(jī)組膨脹的因素如下：

a汽缸和前軸承座連接管道的支架。管道與滑動(dòng)支架之間的滑動(dòng)面不允許點(diǎn)焊固定。如發(fā)現(xiàn)支架有固定點(diǎn)，應(yīng)將接觸的焊點(diǎn)打磨，平面之間打磨至光滑。尤其要注意主蒸汽管道和補(bǔ)汽管道的支架。

b前軸承座連接的油管道。對壓力油管道，管道設(shè)計(jì)布置時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)置能夠吸收熱膨脹余量的彎管段。對潤滑油回油管道，其剛度大，不易漏油，多數(shù)汽輪機(jī)廠家都配套提供波形補(bǔ)償器。

發(fā)現(xiàn)油管道影響熱膨脹問題時(shí)，應(yīng)考慮增加彎管的修改設(shè)計(jì)，對回油管道應(yīng)增設(shè)波形補(bǔ)償器。

c凝汽器連接的循環(huán)水管道和凝結(jié)水管道。循環(huán)水進(jìn)出口管道配置有伸縮蝶閥，安裝時(shí)應(yīng)留出壓縮余量，試運(yùn)時(shí)應(yīng)注意檢查伸縮節(jié)的限位螺栓，松開沿壓縮方向的限位螺母。凝汽器水側(cè)放水管安裝時(shí)應(yīng)注意不要將排水管直接埋入地面以下，應(yīng)改為水平管段排地溝并有膨脹余量。應(yīng)在凝結(jié)水泵入口管道的垂直管段設(shè)置波形補(bǔ)償器。

無論是低速暖機(jī)還是中速暖機(jī)，都應(yīng)該檢查前軸承座處的絕對膨脹值是否正常。如暖機(jī)過程中，振動(dòng)值持續(xù)增大，絕對膨脹值不變，則多數(shù)為機(jī)組熱膨脹受阻的原因造成的。

一般而言，同型號(hào)機(jī)組膨脹值不會(huì)出現(xiàn)較大偏差。為掌握熱膨脹的精確數(shù)據(jù)，機(jī)組第一次啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)在前軸承座處架百分表，監(jiān)測和記錄各轉(zhuǎn)速時(shí)間階段的熱膨脹值，便于準(zhǔn)確分析振動(dòng)故障原因。

3.2振動(dòng)值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大的原因及處理

（1）汽-發(fā)聯(lián)軸器的中心偏差。

大多汽機(jī)廠家會(huì)提供聯(lián)軸器中心偏差的標(biāo)準(zhǔn)。未提供標(biāo)準(zhǔn)的，可以按照汽輪機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行。需注意的是，初找汽-發(fā)聯(lián)軸器中心合格，進(jìn)行如二次澆灌、油循環(huán)結(jié)束等工序后，應(yīng)復(fù)查校驗(yàn)聯(lián)軸器中心偏差的變化。

聯(lián)軸器中心偏差超標(biāo)，應(yīng)分析其超標(biāo)的影響因素，進(jìn)行消缺，并重新找聯(lián)軸器中心。

（2）各軸瓦墊塊接觸情況、軸瓦緊力和瓦頂間隙。

檢查軸瓦墊塊與軸瓦球面座接觸面的接觸情況，墊塊不能出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。例如，某余熱機(jī)組初次啟動(dòng)時(shí)，在低速暖機(jī)后的升速過程中，1號(hào)瓦和4號(hào)瓦即發(fā)生振動(dòng)迅速增大現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)，4號(hào)軸瓦的3件墊塊中，左右兩側(cè)墊塊的接觸面積僅約為25%左右。分析原因認(rèn)為，正是由于其4號(hào)瓦軸瓦墊塊的懸空現(xiàn)象，造成軸系在4號(hào)瓦處擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子則以3號(hào)瓦處作為支點(diǎn)，形成4號(hào)瓦向下，作用在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子2號(hào)軸瓦和1號(hào)軸瓦的彎矩，導(dǎo)致其負(fù)載交替減小或增加的變化，在軸系擺動(dòng)的作用下，1號(hào)瓦的振動(dòng)值也出現(xiàn)增大。

軸瓦緊力和頂隙影響軸承的穩(wěn)定性，如軸承的穩(wěn)定性差，受其他因素的影響容易使機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)。因此，出現(xiàn)上述接觸、緊力和間隙等數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整處理。

（3）轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜部分摩擦。

以下幾項(xiàng)是摩擦造成振動(dòng)大的因素，但一般情況振動(dòng)值不是很大。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，用探針可以檢查確認(rèn)。

a汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸前后軸封汽封塊的摩擦，嚴(yán)重時(shí)汽缸軸封處可見到摩擦火花。這是由于安裝調(diào)整時(shí)汽封的通流間隙過小造成的。如果摩擦不嚴(yán)重，可維持某一固定轉(zhuǎn)速暖機(jī)，觀察振動(dòng)和摩擦情況，直至摩擦消失，再繼續(xù)升速。如果不能消除摩擦，只能揭缸處理。

b汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與前、中間軸承箱阻汽擋板的摩擦。這是由于安裝調(diào)整時(shí)預(yù)留的間隙過小造成的。可揭開軸承箱，用塞尺檢查和調(diào)整阻汽擋板的徑向間隙，必要時(shí)拆下阻汽擋板打磨或刮研處理阻汽擋板。

c發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子前后端蓋的風(fēng)擋摩擦。這是由于安裝調(diào)整時(shí)預(yù)留的間隙過小造成的。可揭開發(fā)電機(jī)靜子端蓋，用塞尺檢查和調(diào)整風(fēng)擋的徑向間隙，必要時(shí)拆下風(fēng)擋刮研處理風(fēng)擋。

3.3在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動(dòng)值突然增大的原因及處理

如上所述，機(jī)組接近額定轉(zhuǎn)速或在進(jìn)行危急遮斷器超速試驗(yàn)的升速時(shí)，振動(dòng)值突然增大，超過規(guī)范要求。這一振動(dòng)特點(diǎn)通常源于油膜振蕩的發(fā)生。

油膜振蕩的主要特點(diǎn)，一是可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)同等或更加激烈的振幅；二是發(fā)生于轉(zhuǎn)軸兩倍臨界轉(zhuǎn)速以上，其甩動(dòng)方向與轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向一致。

由上述特點(diǎn)得知，油膜振蕩的危害很大，可破壞軸承或整臺(tái)機(jī)組。

某余熱機(jī)組升速至2 970r/min時(shí)，機(jī)組振動(dòng)迅速增大，檢查和處理影響熱膨脹的因素后再次啟動(dòng)，使用動(dòng)平衡儀監(jiān)測其振動(dòng)頻率為2X，恰好為臨界轉(zhuǎn)速的兩倍。分析認(rèn)為，此為典型的油膜振蕩引起振動(dòng)增大的案例。

造成油膜振蕩的原因：

（1）刮研軸瓦的方式不正確。依據(jù)部分汽輪機(jī)廠家要求，汽輪機(jī)軸瓦不需現(xiàn)場刮研，因此，一些安裝單位通常不對軸瓦進(jìn)行刮研，還有一些安裝單位刮研軸瓦的方式不正確，即不能保證軸瓦接觸面和接觸角準(zhǔn)確。某余熱機(jī)組在過臨界時(shí)振動(dòng)增大，消除膨脹等缺陷后，在超速試驗(yàn)的某一轉(zhuǎn)速時(shí)出現(xiàn)油膜振蕩現(xiàn)象。軸瓦經(jīng)刮研處理后，消除了油膜振蕩的缺陷。

在處理油膜振蕩缺陷時(shí)，采用正確的方式檢查和刮研軸瓦是必要的。

（2）接觸角度過大，即軸瓦的比壓較小。油膜振蕩的理論研究表明，比壓較小，則發(fā)生油膜振蕩的幾率增加。一般汽機(jī)廠家規(guī)定，軸瓦烏金的接觸角為60°～75°。

處理油膜振蕩缺陷時(shí)，應(yīng)減小軸瓦的接觸角以增加比壓。一般認(rèn)為，軸瓦刮研時(shí)，保證接觸角度為60°即可。

（3）潤滑油油溫較低。根據(jù)油膜振蕩的理論，潤滑油溫度低，油粘度較大，軸承穩(wěn)定性差，則發(fā)生油膜振蕩的幾率增加。

處理油膜振蕩缺陷時(shí)，應(yīng)在啟動(dòng)時(shí)適當(dāng)提高潤滑油溫度。一般認(rèn)為，保證潤滑油溫度為40～45℃是合理的。

4　幾點(diǎn)體會(huì)

（1）密切監(jiān)測振動(dòng)值變化趨勢。即使是低轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，也同樣危害較大，有可能會(huì)造成轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜摩擦。例如，某余熱機(jī)組在低速暖機(jī)時(shí)振動(dòng)大，揭缸處理后，發(fā)現(xiàn)通流部分已經(jīng)出現(xiàn)摩擦。

（2）新裝機(jī)組振動(dòng)大，多是由于熱膨脹受阻。管道安裝應(yīng)引起重視，管道缺陷使機(jī)組熱膨脹受阻，同樣會(huì)造成汽缸內(nèi)部的動(dòng)靜摩擦。要認(rèn)真查找出影響機(jī)組熱膨脹的各項(xiàng)因素，消除管道缺陷的影響，不建議采用隨意揭缸的處理措施。

（3）要解決振動(dòng)的缺陷，首先應(yīng)對機(jī)組振動(dòng)形式和特點(diǎn)進(jìn)行分類排查，雖然動(dòng)平衡儀分析準(zhǔn)確，便于通過振動(dòng)數(shù)據(jù)分析處理缺陷，但僅適用于特定的不平衡情況。多數(shù)情況是，經(jīng)分析和排查確認(rèn)，熱膨脹受阻等其他影響因素是振動(dòng)的主因。

［1］康松，楊建明，胥建群.汽輪機(jī)原理［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［2］寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場平衡［M］.中國電力出版社，2007.■

Cause Analysis and Treatment of Big Vibration for New Unit of Waste Heat Power Station

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2014-10-27；編輯：孫娟