熱電廠汽輪機異常振動故障分析

于欣

摘 要：汽輪機作為發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其故障率的減少對于整個系統(tǒng)都有著重要的意義。其肩負(fù)著發(fā)電任務(wù)。由于汽輪機一般都處于長時間運轉(zhuǎn)，從而很容易造成重要零部件出現(xiàn)磨損，一旦磨損情況嚴(yán)重時，便會引起機組振動，甚至?xí)绊懫啓C的正常運行。振動是汽輪機常見故障，造成汽輪機振動的原因較多也相對比較復(fù)雜。為確保機組的安全、可靠運行，必須針對振動產(chǎn)生的原因采取相應(yīng)的對策予以解決。文章對汽輪機異常振動故障進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：熱電廠；汽輪機；振動

1 汽輪機概述

汽輪機的廣泛發(fā)展與使用，對各個行業(yè)發(fā)展有著極其重要的影響和作用，所以對其進(jìn)行定期故障檢查是極其必要的，汽輪機穩(wěn)定、安全運行不僅僅可以減免不必要的損失，更加能夠創(chuàng)造巨大的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。汽輪機從某種意義上來講，其工作原理就是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械熱能，也稱之為蒸汽透平。現(xiàn)階段針對汽輪機故障診斷的技術(shù)主要有以下幾種：機械振動；轉(zhuǎn)子動力學(xué)；現(xiàn)代測量等信息的處理與模擬，利用計算機技術(shù)建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)。

1.1 軸承的軸向振動

（1）彎曲的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時，軸頸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，軸頸在軸瓦內(nèi)的油膜承力中心沿軸向隨轉(zhuǎn)速發(fā)生周期性變化，從而引起軸承座的軸向振動。（2）軸瓦受力中心跟軸承座幾何中心不重合。（3）軸承座不穩(wěn)固。撓曲的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時，將力圖使軸瓦及軸承座作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，但軸承無法追隨軸頸的偏轉(zhuǎn)只能形成軸向振動。在一階臨界轉(zhuǎn)速附近轉(zhuǎn)子兩個軸承的軸向振動相位相反。而在二階臨界轉(zhuǎn)速附近轉(zhuǎn)子兩個軸承的軸向振動相位則相同。

1.2 結(jié)構(gòu)部件及配套設(shè)備

汽輪機通常都是由兩大部分組成，一部分是轉(zhuǎn)動部分，即轉(zhuǎn)子，主要部件有聯(lián)軸器、葉輪、主軸以及動葉片等；另一部分是靜止部分，即靜子，具體部件包括汽缸、軸承、隔板、汽封、靜葉柵以及進(jìn)汽部分等。由于汽輪機一般都是在高溫和高壓的條件下以較高的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作的，所以其屬于精密類重型機械設(shè)備，與之配套的設(shè)備主要有鍋爐、發(fā)電機、加熱器、凝汽裝置以及泵等。

1.3 汽輪機的特點

與傳統(tǒng)的往復(fù)式蒸汽機相比較，汽輪機具有蒸汽流動速度高、連續(xù)性好、單位面積中所能經(jīng)過的蒸汽流量大等優(yōu)點，所以其能夠發(fā)出的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于往復(fù)式蒸汽機。對于大功率的汽輪機來講，可采用較高的蒸汽溫度和壓力，故此其熱效率也相對較高。伴隨著科技水平的不斷提高，現(xiàn)如今的汽輪機在整體性能已經(jīng)非常優(yōu)良，并且已成為各大熱電廠中重要的發(fā)電機組。

2 熱電廠汽輪機振動原因分析及處理對策

汽輪機在正常作業(yè)情況下，往往會因各種原因而產(chǎn)生振動現(xiàn)象，一旦振動幅度及頻率超出汽輪機所承受的限定數(shù)值，就很可能造成故障的發(fā)生，嚴(yán)重時將損害汽輪機，甚至?xí)斐芍卮蟀踩鹿实陌l(fā)生。從汽輪機振動方式上可以分為以下三種：一是垂直振動；二是橫向振動；三是軸向振動。每種振動在發(fā)生時都具有其獨特的振動特點，垂直振動是汽輪機振動比較常見的一種，且發(fā)生頻率較高，通常情況下振動數(shù)值較大；橫向振動時有發(fā)生，但所產(chǎn)生的影響較小；軸向振動是發(fā)生頻率最小的振動。下面針對汽輪機振動產(chǎn)生的幾種原因進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)：

2.1 設(shè)計制造原因

轉(zhuǎn)子作為汽輪機機械部件的重要組成部門，對汽輪機作業(yè)有著極其重要影響和作用，轉(zhuǎn)子質(zhì)量的好壞以及安裝對汽輪機軸承旋轉(zhuǎn)有著十分重要的作用。從一定意義上而言，轉(zhuǎn)子在作業(yè)過程中必須保證與旋轉(zhuǎn)中心相吻合，保證離心力的平衡。但是在實際操作過程中，轉(zhuǎn)子作業(yè)很難與旋轉(zhuǎn)中心重合，進(jìn)而影響離心力的平衡，使其機組作業(yè)出現(xiàn)振動現(xiàn)象，從這一角度而言，汽輪機產(chǎn)生振動的主要原因則是轉(zhuǎn)子在設(shè)計安裝過程中并不符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求且質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。轉(zhuǎn)子不平衡作業(yè)的原因有很多種，其中包括生產(chǎn)廠家對于機械加工的不精準(zhǔn)，導(dǎo)致一部分轉(zhuǎn)子質(zhì)量不合格在安裝過程中不能與旋轉(zhuǎn)中心保持一致。所以，為避免上述原因的發(fā)生，就必須針對生產(chǎn)廠家在制造過程中進(jìn)行嚴(yán)格檢查，提升機械加工的精準(zhǔn)度，保證其質(zhì)量。與此同時，還要進(jìn)行階段式的平衡試驗測試，以確保轉(zhuǎn)子在裝配過程中可以達(dá)到質(zhì)量要求，將平衡量控制在一定范圍內(nèi)。

2.2 安裝及檢修原因

汽輪機在安裝、維修過程中可能也會引起機組振動，嚴(yán)重的錯誤安裝以及維修不僅僅會對機組作業(yè)產(chǎn)生極其大的影響，甚至?xí)φ麄€汽輪機的使用構(gòu)成一定地威脅，最終導(dǎo)致汽輪機無法使用。下面就針對于汽輪機安裝及檢修所產(chǎn)生的汽輪機振動現(xiàn)象進(jìn)行簡要分析，并提出合理化的解決措施。

（1）軸承標(biāo)高。軸承對汽輪機兩端的支撐有著極其重要的作用，所以在進(jìn)行汽輪機安裝與檢修過程中，必須按照規(guī)定要求進(jìn)行軸承標(biāo)高的設(shè)定，同時還要結(jié)合具體實際情況進(jìn)行軸承測試，將兩端的高度設(shè)定在軸承可承受的范圍之內(nèi)，確保汽輪機兩端的軸承標(biāo)高是一致的，這樣才能避免因軸承負(fù)荷超重而引起汽輪機振動現(xiàn)象的發(fā)生。（2）動靜間隙。嚴(yán)格意義上來講，汽輪機轉(zhuǎn)子作業(yè)與氣缸零部件之間必須存在一定縫隙，這樣才能有效保證汽輪機的正常運行，但是隨著汽輪機作業(yè)時間越來越長，這種縫隙將逐漸變大，當(dāng)縫隙超出規(guī)定范圍，則會降低汽輪機的作業(yè)效率。但同時，也不能縮短其縫隙的大小，縫隙太小的話會引起靜態(tài)摩擦，這一變化的發(fā)生將導(dǎo)致汽輪機機組作業(yè)發(fā)生變化，進(jìn)而出現(xiàn)振動現(xiàn)象，嚴(yán)重的將有損于汽輪機的使用。所以，在進(jìn)行檢修過程中就要對汽輪機隔板及端部間隙進(jìn)行調(diào)整，從而避免此種現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 機組運行中產(chǎn)生的振動

（1）汽輪機機組正常作業(yè)情況下，如果出現(xiàn)了突然振動的現(xiàn)象且振動情況十分嚴(yán)重的話，此時就要對汽輪機內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)行詳細(xì)的檢查，并針對主要參數(shù)如蒸汽參數(shù)、真空參數(shù)、軸承溫度、潤滑油溫度、油壓等數(shù)值進(jìn)行檢查，根據(jù)問題所產(chǎn)生的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)，并找出合理方法。（2）汽輪機機組在升降以及負(fù)荷作業(yè)過程中，如果出現(xiàn)振動劇烈比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，且能夠很清晰的聽見軸封等位置的摩擦聲，就必須停止作業(yè)進(jìn)行檢查，振動過大可能是由降低轉(zhuǎn)速以及負(fù)荷超重所導(dǎo)致，針對這兩方面加以解決就可以恢復(fù)機組的正常運行。當(dāng)機組運行一段時間后，要對其進(jìn)行觀察一段時間，確保穩(wěn)定后，振動現(xiàn)象完全消失，即可。如若振動現(xiàn)象并未消減，此時就要針對整個機組進(jìn)行檢查找出原因并加以解決。（3）轉(zhuǎn)子熱變形。轉(zhuǎn)子熱變形所引發(fā)的振動與一倍頻振幅、轉(zhuǎn)子溫度有著密切的關(guān)系，大多數(shù)情況下，機組在冷態(tài)啟機定速后其負(fù)荷會增加，進(jìn)而轉(zhuǎn)子溫度會逐漸升高，材料自身內(nèi)應(yīng)力釋放的熱量會加速轉(zhuǎn)子溫度的提升，進(jìn)而產(chǎn)生變形等現(xiàn)象。與此同時，一倍頻振動也會相應(yīng)的改變，進(jìn)而影響相位的變化。轉(zhuǎn)子主要分為兩種不同的機組故障；一是永久性彎曲；二是臨時性彎曲。但是無論是那種機組轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障，他們的故障原理都是相同的，都與轉(zhuǎn)子偏心類似，致使在旋轉(zhuǎn)過程中由于偏心而出現(xiàn)矢量激振動現(xiàn)象，此時將大大增大工頻振動的次數(shù)。針對以上種種故障原因可以通過更換轉(zhuǎn)子降低機組振動，確保汽輪機可以正常作業(yè)。

3 結(jié)束語

綜上所述，汽輪機在作業(yè)過程中其振動并不能完全消失或是避免，只能是通過有效的方式加以控制，將振動數(shù)值控制在相應(yīng)地規(guī)定范圍內(nèi)，防止振動現(xiàn)象的逐漸擴大。與此同時，相關(guān)機組人員還要對汽輪機進(jìn)行定期檢查，嚴(yán)格按照規(guī)定安裝及維修，將整個機組的運行情況掌握其中，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時解決。汽輪機組人員在檢修過程中絕對不能馬虎了事，針對各零部件嚴(yán)格檢查維修，這樣才恩能從根本上確保汽輪機的安全及可靠運行。

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