汽輪機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常振動(dòng)原因分析與措施

周宇豐

摘 要：汽輪機(jī)組作為發(fā)電廠重要組成部分其異常振動(dòng)對(duì)于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)都有著重要的影響，文中就汽輪機(jī)異常振動(dòng)的分析與排除進(jìn)行了簡(jiǎn)要的論述。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；異常振動(dòng)；分析與排除

汽輪機(jī)作為發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其故障率的減少對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)都有著重要的意義。由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會(huì)是機(jī)組振動(dòng)的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)等等。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常震動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對(duì)癥維修。

1 汽輪機(jī)組常見異常震動(dòng)的分析與排除

引起汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因有以下幾個(gè)方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)等。針對(duì)著三個(gè)主要方面以下進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

1、汽流激振現(xiàn)象與故障排除 汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，如負(fù)荷，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來(lái)流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振；對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長(zhǎng)，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間（一年以上）記錄每次機(jī)組振動(dòng)的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢(shì)和范圍。通過(guò)改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50/h的給水量逐一變化的過(guò)程，觀察曲線變化情況。通過(guò)改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來(lái)避免汽流激振的產(chǎn)生。

2、轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)特征、原因及排除 轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會(huì)使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，因而在軸向還會(huì)產(chǎn)生較大的工頻振動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會(huì)有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個(gè)轉(zhuǎn)速下會(huì)有所減小，即在某個(gè)轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“凹谷”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時(shí)，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動(dòng)。沒有了振動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)。

3、 摩擦振動(dòng)的特征、原因與排除 摩擦振動(dòng)的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號(hào)的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長(zhǎng)。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會(huì)急劇增大。三是降速過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測(cè)量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動(dòng)的機(jī)理：對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動(dòng)靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。

2 關(guān)于汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障原因查詢步驟的分析

生產(chǎn)中經(jīng)常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動(dòng)異常的原因很多。根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生的集中原因，在查找振動(dòng)主要來(lái)源時(shí)要注意下面幾個(gè)要素：振動(dòng)的頻率是1X，2X，1/2X等。振動(dòng)的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動(dòng)的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、勵(lì)磁電流、時(shí)間、等的變化是否變化）。例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)有下列現(xiàn)象：升速時(shí)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動(dòng)大。特別過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)比以往大得多。振動(dòng)的頻率主要是1X。振動(dòng)的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動(dòng)的穩(wěn)定性好（在振動(dòng)沒有引起磨擦的情況下），且重復(fù)性好。根據(jù)振動(dòng)特征與日常檢測(cè)維修記錄多方面分析，找出故障原因最終排除。另外對(duì)于一些原本設(shè)計(jì)上有通病的機(jī)組，要做好心理準(zhǔn)備并牢記其故障點(diǎn)，一旦出現(xiàn)情況首先要檢查設(shè)計(jì)缺陷部件。

3 汽輪機(jī)運(yùn)行期間發(fā)生的事故隱患和事故提出一些粗淺的建議

1、#1機(jī)組在正常運(yùn)行期間，經(jīng)分析循環(huán)水量偏大，在對(duì)本機(jī)循環(huán)水入口門開度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，造成循環(huán)水中斷，汽輪機(jī)真空急劇下降，控制室操作盤緊急停機(jī)電磁解脫閥開關(guān)不起作用，連續(xù)三次不能做到打閘停機(jī)，切斷主蒸汽進(jìn)入汽缸造成背壓升高，低壓缸安全門爆破的重大設(shè)備損壞事故。這就提醒我們?cè)谌魏尾僮髦卸家?jǐn)慎小心，嚴(yán)格按規(guī)程來(lái)執(zhí)行。

2、#2在正常運(yùn)行期間，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻水盤根漏泄大，申請(qǐng)停機(jī)換盤根，由于盤根清理不干凈，在加盤根時(shí)，又使勁往里加，造成從間隙漏入盤根沫進(jìn)入發(fā)電機(jī)線圈水道中，造成兩根管堵塞現(xiàn)象，在機(jī)組啟動(dòng)后負(fù)荷加至80MW負(fù)荷后發(fā)電機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，后停機(jī)處理后一切恢復(fù)正常。

3、#2發(fā)電機(jī)機(jī)組滑環(huán)，經(jīng)常發(fā)生冒火花現(xiàn)象，但經(jīng)大、小修處理后仍然沒有徹底解決，致使造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子環(huán)火電路短接，將轉(zhuǎn)子燒出兩個(gè)大洞，最后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返制造廠進(jìn)行大修。

4、#2機(jī)組在運(yùn)行中多次發(fā)生調(diào)速汽門卡澀，后檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)速汽門凸輪架軸承套磨損嚴(yán)重，齒板穩(wěn)定架偏移，造成調(diào)速系統(tǒng)卡澀后，脈動(dòng)油壓偏高。在正常運(yùn)行中要細(xì)心，認(rèn)真才能發(fā)現(xiàn)問題，做到及時(shí)處理。

5、#1爐過(guò)熱器管漏泄，#1機(jī)申請(qǐng)停機(jī)，此次停機(jī)末采取滑參數(shù)停機(jī)，而是采用額定參數(shù)停機(jī)，停機(jī)后缸溫很高，達(dá)到488℃/466℃從打閘停機(jī)盤車運(yùn)行5小時(shí)后，高壓缸上下缸溫差最大近100℃，負(fù)差脹增加到1.65mm盤車電流也有所增加，高壓缸前軸封有清晰的摩擦聲，對(duì)本機(jī)所有高壓缸汽源系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)二段抽汽母管門仍有漏汽排出，進(jìn)行處理后，控制了高壓缸負(fù)差脹增長(zhǎng)，溫差減小至86℃。

6、#1機(jī)組停機(jī)消缺后啟動(dòng)，另一臺(tái)機(jī)組也在停運(yùn)，沒有軸封供汽，就采用主蒸汽至軸封減溫減壓器供軸封，但沒有減溫水，機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)至1200r/min時(shí)，機(jī)組高壓缸發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，降速暖機(jī)后仍發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，后將軸封供汽切換至由啟動(dòng)鍋爐來(lái)汽供后，升速時(shí)再末發(fā)生振動(dòng)。

7、#0機(jī)調(diào)速馬達(dá)由于電氣開關(guān)粘連造成減負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)，將同步器絲桿退出55mm，引起#0機(jī)調(diào)速汽門關(guān)閉，同步器失靈，保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。在發(fā)生此類事故時(shí)，值班員應(yīng)迅速的做好手電動(dòng)的切換，以使事故擴(kuò)大。

8、#3給水泵有工作需切換為#2給水泵運(yùn)行，在切換過(guò)程中，值班員精力不集中，錯(cuò)誤地?cái)嚅_了#1給水泵操作開關(guān)，造成給水壓力下降至11.5Mpa，后經(jīng)緊急搶合，恢復(fù)正常。

汽輪機(jī)異常振動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不可避免的故障，同時(shí)也是較為常見的故障。在進(jìn)行此類故障排除時(shí)，不能急于拆解機(jī)組，首先要根據(jù)故障特征進(jìn)行故障分析，確定故障點(diǎn)后查看機(jī)組維修記錄，確認(rèn)故障點(diǎn)零部件情況。如故障點(diǎn)零部件為剛剛檢修過(guò)并更換，因再次確認(rèn)故障點(diǎn)，確認(rèn)為改點(diǎn)后進(jìn)行拆解。一般來(lái)講短期內(nèi)進(jìn)過(guò)維護(hù)保養(yǎng)的部件出現(xiàn)故障的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)的部件。因此，在進(jìn)行汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析時(shí)要格外注意。