火電廠660MW機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)異常原因分析

摘要：文章結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)日常操作中660MW機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)異常的原因進(jìn)行了敘述，并對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子自生性殘余應(yīng)力等原因進(jìn)行了分析，對(duì)如何預(yù)防和處理660MW機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)異常進(jìn)行了闡述，希望對(duì)汽輪機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)提供有效建議。

關(guān)鍵詞：660MW機(jī)組；汽輪機(jī)；振動(dòng)異常；轉(zhuǎn)子；火電廠 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK263 文章編號(hào)：1009-2374（2016）10-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.063

建國以來，隨著我國電力事業(yè)的不斷進(jìn)步，發(fā)電方式有了長(zhǎng)足的改進(jìn)，但是火力發(fā)電依然是我國發(fā)電的主要渠道。在大部分發(fā)電企業(yè)中，660MW火力發(fā)電機(jī)組依然是發(fā)電的重要設(shè)備之一。一直以來，660MW火力發(fā)電機(jī)組的震動(dòng)異常都是電力企業(yè)在設(shè)備運(yùn)行檢修與維護(hù)時(shí)較為關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容。基于此，筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)汽輪機(jī)組震動(dòng)異常的具體原因進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對(duì)該類故障的處理方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

1 660MW機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)備振動(dòng)問題概述

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)述

筆者工作期間接觸的660MW機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)備是國產(chǎn)的超臨界660MW機(jī)組，是一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽輪機(jī)。內(nèi)部的高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子均采用非空心孔的整鋼合金整體轉(zhuǎn)子，使用推力軸承來定位轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；使用聯(lián)軸器將高中壓轉(zhuǎn)子、1號(hào)低壓轉(zhuǎn)子與2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子剛性連接。自機(jī)組投入使用以來，空負(fù)荷下兩個(gè)軸瓦的振動(dòng)幅度均在50μm以內(nèi)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 汽輪機(jī)振動(dòng)簡(jiǎn)述

1.2.1 振動(dòng)數(shù)據(jù)。隨著機(jī)組使用頻率的增加，660MW機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)備振動(dòng)幅值出現(xiàn)異常變化的趨勢(shì)。分別在臨界轉(zhuǎn)速在700～850r/min、1550～1750r/min、2020～2150r/min時(shí)，對(duì)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，其震動(dòng)幅度分別達(dá)到了170μm、190μm和200μm，呈現(xiàn)明顯的增加態(tài)勢(shì)。對(duì)此，筆者調(diào)取了近期機(jī)組1#和2#軸瓦的震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其結(jié)果見表1。

1.2.2 振動(dòng)特征。經(jīng)過筆者的分析和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)組的振動(dòng)呈現(xiàn)以下特征：（1）660MW機(jī)組的下一次啟動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)比上一次啟動(dòng)均有明顯的提升，其中對(duì)于通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域提高的趨勢(shì)比較突出，且機(jī)組停機(jī)后振動(dòng)數(shù)據(jù)有異常加大的不良發(fā)展態(tài)勢(shì)；（2）數(shù)據(jù)中反映了機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的臨界振動(dòng)幅值高于與熱態(tài)停機(jī)時(shí)的臨界振動(dòng)幅值；（3）機(jī)組兩個(gè)軸瓦的振動(dòng)數(shù)據(jù)反應(yīng)大部分振動(dòng)屬于工頻振動(dòng)，其他振動(dòng)形式分布體現(xiàn)不明顯。帶負(fù)荷振動(dòng)較為平穩(wěn)，幅值、相位等參數(shù)波動(dòng)不大；（4）結(jié)合企業(yè)內(nèi)其他機(jī)組的震動(dòng)數(shù)據(jù)記錄，筆者發(fā)現(xiàn)，機(jī)組啟動(dòng)的次數(shù)與振動(dòng)異常的程度成正比，可見操作的不良習(xí)慣對(duì)于機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有較大的

破壞。

2 汽輪機(jī)震動(dòng)異常原因分析

根據(jù)表1中的震動(dòng)數(shù)據(jù)以及相關(guān)工作人員的反應(yīng)，結(jié)合軸瓦頻譜工頻振動(dòng)占主要比例的振動(dòng)特點(diǎn)，筆者認(rèn)為機(jī)組的振動(dòng)應(yīng)該屬于強(qiáng)迫振動(dòng)。根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)出現(xiàn)的幾大原因，筆者進(jìn)行了逐一排除。在排除了轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、零部件掉落、軸承結(jié)合面剛度不足等幾項(xiàng)原因之后，發(fā)現(xiàn)了振動(dòng)異常的原因主要如下：

2.1 高中壓轉(zhuǎn)子彎曲的原因

機(jī)組安裝時(shí)經(jīng)過檢查，不存在轉(zhuǎn)子彎曲的隱患，因此，轉(zhuǎn)子彎曲發(fā)生在安裝后的使用過程中。從DCS系統(tǒng)的偏心量中可以看出高中壓轉(zhuǎn)子的形狀發(fā)生細(xì)微的變化。從DCS系統(tǒng)歷史資料和記錄數(shù)據(jù)中，偏心量大小從60μm增加到70μm，結(jié)合檢查記錄與維修記錄，筆者排除了汽缸進(jìn)水、進(jìn)冷汽、轉(zhuǎn)子存在摩擦過熱等問題。所以筆者推測(cè)，這種逐漸發(fā)生的彎曲是由于殘余應(yīng)力的原因而產(chǎn)生的。根據(jù)機(jī)組的工作狀態(tài)，汽輪機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使高中轉(zhuǎn)子存在殘余應(yīng)力，導(dǎo)致隨著時(shí)間的推移，轉(zhuǎn)子在殘余應(yīng)力的壓力下逐漸發(fā)生變形，這種不規(guī)則的形變打破了機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平衡秩序，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)幅值的異常。

2.2 殘余應(yīng)力的原因

2.2.1 熱處理原因。殘余應(yīng)力是機(jī)組在缺少外力、外力矩的作用下，機(jī)組內(nèi)部零部件在平衡狀態(tài)下自身殘存的內(nèi)部應(yīng)力。物理機(jī)械經(jīng)過加熱后，或多或少的會(huì)存在一些受熱不均現(xiàn)象，尤其是大型設(shè)備。因此在冷卻時(shí)間超過材料的自身韌性以及強(qiáng)度時(shí)，就容易導(dǎo)致殘余應(yīng)力的出現(xiàn)。火電廠660MW機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)異常的大部分原因是殘余應(yīng)力，因此，受熱不均而導(dǎo)致的殘余應(yīng)力是機(jī)組使用過程中應(yīng)該注意的重要方面。

2.2.2 轉(zhuǎn)子的材料材質(zhì)與制作工藝不精。高中壓轉(zhuǎn)子的質(zhì)地、毛坯材料的均勻性也是制約機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)限制因素。由于我國金屬冶煉的發(fā)展程度尚未達(dá)到較高的水平，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子由于材質(zhì)的限制而出現(xiàn)內(nèi)部各向異性，同時(shí)在受熱不均等原因下，出現(xiàn)彎曲等變形問題。

眾所周知，高中壓轉(zhuǎn)子在制作過程中，必須經(jīng)過一定時(shí)間的時(shí)效處理，才能保證轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和承受能力。高中壓轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境溫度較高，在低溫回火時(shí)，轉(zhuǎn)子中的內(nèi)部應(yīng)力逐漸增加，如果轉(zhuǎn)子沒經(jīng)過時(shí)效處理，將會(huì)難以承受這種溫度的劇烈波動(dòng)，從而導(dǎo)致變形、彎曲。

3 對(duì)震動(dòng)異常現(xiàn)象的技術(shù)優(yōu)化

為了防止出現(xiàn)不安全隱患，避免重大安全事故的發(fā)生，筆者建議機(jī)組車間部門應(yīng)按照相關(guān)的規(guī)定采取措施，關(guān)注機(jī)組的震動(dòng)數(shù)據(jù)。

3.1 定期安排檢修計(jì)劃

針對(duì)上述問題，車間主任或班長(zhǎng)要結(jié)合機(jī)組的參與應(yīng)力釋放現(xiàn)狀制定相應(yīng)的機(jī)組檢修計(jì)劃，在應(yīng)力釋放進(jìn)入穩(wěn)定期后進(jìn)行揭缸檢查，查看轉(zhuǎn)子是否出現(xiàn)彎曲，再由技術(shù)人員決定機(jī)組持續(xù)工作性能，對(duì)于需要處理的應(yīng)及時(shí)提交現(xiàn)場(chǎng)直軸或返廠修理等處理的報(bào)告。

3.2 監(jiān)視參數(shù)變化動(dòng)態(tài)

在實(shí)際操作中，火電廠660MW機(jī)組汽輪出現(xiàn)震動(dòng)數(shù)據(jù)異常的原因是十分復(fù)雜的，機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)中任何一個(gè)部件都會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)上的不規(guī)律。因此，操作者在工作過程中，要時(shí)刻關(guān)注機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，包括進(jìn)汽參數(shù)、油溫參數(shù)、疏水參數(shù)、油質(zhì)等，及時(shí)分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)的真實(shí)原因，以便促進(jìn)解決異常振動(dòng)。

由于末級(jí)較長(zhǎng)，汽輪內(nèi)部的氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道的紊亂會(huì)導(dǎo)致氣流激振。所以，在檢測(cè)參數(shù)的時(shí)候，要對(duì)以下兩種參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)：機(jī)組出現(xiàn)大量值的低頻分量以及運(yùn)行參數(shù)的爆發(fā)性變動(dòng)量。盡量避免負(fù)荷的劇烈波動(dòng)，調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)，要合理設(shè)置升負(fù)荷率。

3.3 進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)維護(hù)

機(jī)組內(nèi)部的軸承距離也是引發(fā)機(jī)組異常振動(dòng)的重要原因之一。若軸承間隙過小或過大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的碰撞或者運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，在對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行調(diào)整與維護(hù)時(shí)，需要根據(jù)原始數(shù)據(jù)將軸承間隙重新控制在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)，以確保汽輪機(jī)組的健康運(yùn)轉(zhuǎn)。

同時(shí)，為了保證轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，還要對(duì)轉(zhuǎn)子的油膜等構(gòu)件進(jìn)行定期的檢查與更換。如果大機(jī)組頂軸油沒有調(diào)好，就會(huì)削弱油膜的工作效果，導(dǎo)致軸承之間的潤(rùn)滑失靈，加大振動(dòng)變化。因此，設(shè)備的使用者要經(jīng)常檢查油膜、溢流孔等結(jié)構(gòu)是否合理正常。

4 結(jié)語

火電廠660MW機(jī)組汽輪出現(xiàn)異常振動(dòng)的根源是十分復(fù)雜的，從長(zhǎng)期的工作經(jīng)歷中總結(jié)出來的各種操作流程和歷史數(shù)據(jù)是當(dāng)前的管理維護(hù)過程中可以運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)。因此，工人一定要在日常的操作中牢記本文對(duì)汽輪機(jī)組振動(dòng)異常原因的分析方式，并結(jié)合不同的工作環(huán)境進(jìn)行具體應(yīng)用。同時(shí)，管理者還要在以后的工作中不斷學(xué)習(xí)、仔細(xì)思考，發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常的細(xì)微變化，爭(zhēng)取找到更快、更方便的判斷、分析方法，為火力發(fā)電節(jié)省更多的能源，提高發(fā)電效率，創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：馬福澤（1984-），男，甘肅景泰人，大唐景泰發(fā)電廠助理工程師，研究方向：集控運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：周 瓊）