火電廠汽輪機振動故障探討

摘 要：火力發電廠數量占我國總發電廠數量的70%左右。火力發電廠中經常出現轉動機械的摩擦振動。雖然在多年以來人們長期堅持火電廠汽輪機的振動研究，但卻收效甚微，因此，文章將圍繞火電廠汽輪機的振動故障方面進行探討，并提出一些改善措施。

關鍵詞：火電廠；汽輪機；振動故障

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.137

1 研究背景

蒸汽是汽輪機的動力來源，其通過蒸汽機的熱能能夠獲得機械能，而支持機械運動。高效是人們廣泛使用汽輪機的主要原因，與其它相等同的機器相比其所帶來的單機功率更高，運行過程更加平穩。但是由于在設備中存在著噴嘴和葉片等部件，因而其又具有較強的消耗性，在一定程度上造成損失是無法避免的，但是若找不到合理的解決方法，最終會導致設備出現故障而影響正常工作。

2 關于振動故障在火電廠汽輪機中形成的原因

（1）火電廠汽輪機的振動。物體與相應平衡的位置相偏離后，相應的反復性連續運動的形式也會在相應位能和動能的基礎上出現，這就是我們常說的振動。在沖擊力次數的影響下，我們將振動分為自激振動和強迫振動這兩種形式，前者所形成的振動是在遭受一次沖擊力以后形成的，后者振動是受到周期性力變化產生的。

我們通常根據頻率、振幅、方向和相位等四個方面來描述振動。在日常汽輪機的工作中振動大小即是振幅，常用兩種形式表示，一種是單向，一種是雙向。在火電廠汽輪機的振動中，相對轉子和信號最大值的某點相對位置便是相位。汽輪機在每一秒鐘的振動出現的次數即為頻率。我們通常將方向分為三個，分別是軸向、縱向和橫向。強迫振動的激振力和振幅大小成正相關，振動頻率與激振力的頻率相等；振動的相位和激振力的相位相關。通常情況下，機組的振動在所難免，但振幅在可控值域內，就是安全的。如果因為軸承支撐的剛度不夠引起振動擴大的現象，本來合格的振動就會變成不合格的振動。

（2）振動給火電廠汽輪機帶來的危害。振動是衡量整個火電廠機組安全、汽輪發電機組的檢修質量和經濟運行的重要指標。整個機組的經濟運行會因為汽輪機運行振動過大而遭受損害，在運行的過程中，汽輪機的振動較大，對各部件起連接作用的零件也會發生松動、脫落，難以保證機組的安全運行；過大的振動，加大動靜部件和支撐零件的摩擦力度，加劇電刷和滑環的磨損，靜子槽楔會因此而松動，磨損絕緣，嚴重的損耗了汽輪機機體。振動給產生動靜的部分摩擦，轉子彎曲。

3 防止故障的措施

（1）排除摩擦振動故障的出現。摩擦振動的振動信號會因為轉子熱運動而產生新的平衡力，但卻依然維持了工頻為主頻的振動信號頻率，限制了倍頻、高頻和分頻的產生，并伴隨著嚴重的“削頂”現象，自然會嚴重的損害汽輪機機體；同時波動持續的時間會因為受到摩擦的影響而被延長，急劇的增大了相應的振幅，使得汽輪機受到了嚴重的損害；此外，振動摩擦會提升相應的臨界速度，也會損害汽輪機機體。當產生嚴重摩擦的時候，振幅大小和相位具有波動性，波動的持續時間不定，摩擦非常嚴重時候，振幅的幅值和相位就不會再波動，振幅呈急劇上升的態勢。就轉子而言，摩擦會引起渦動或者抖動現象，實質上是對轉子的影響，轉子會發生熱彎曲。動靜摩擦過程中，圓周上各點摩擦的程度不同引起轉子截面溫度不均，加劇轉子的熱彎曲。就摩擦振動而言，在汽輪機的整個運行過程中都會有振動摩擦出現，這是無法避免的現象，因此，我們只能盡可能的減小摩擦產生的振動影響，而不是去研究如何消滅它。

（2）氣流振動的防止。在振動故障出現的多種原因中，最主要的原因之一便是氣流振動的形成。根據筆者自身經驗的總結，較大量值的低頻分量會在汽輪機氣流激振的情況下出現；相關運行參數也會對汽輪機的振動造成影響，不斷增加的振動幅度，增大了負荷，因而會造成汽輪機的損失。

我們為了將氣流引起的振動影響排除，重新調整了在不同負荷的情況下，汽輪機高壓進汽門的特性，以便能夠更好的將氣流激振的現象消除掉。針對機組氣流激振產生的原因及特性，分析氣流故障需要觀察和記錄機組每次振動的參數，連同機組負荷狀態下數據制定出成組曲線，觀察曲線范圍和變化的趨勢。簡單講在汽輪機正常的運行中，應當采取減少負荷汽壓的變化及盡量規避氣流激振負荷的方式來降低火力發電廠汽輪機振動故障的發生率。

（3）轉子熱變形的改善措施。轉子熱變形引起的振動與汽輪機振幅的增加有關，而引發轉子熱變形的主要原因是轉子溫度和蒸汽參數的變化。機組在冷態帶負荷階段，轉子的溫度升高，釋放的材質內應力會引發轉子熱變形，倍頻振動增大，相位也產生相應的變化。當轉子接地的問題在火電廠中出現時，我們能夠發現顯著變形的情況發生在轉子端部的線圈上，汽端的端部線圈的變形也較為嚴重，影響了汽輪機的正常工作。因而需要將護環下絕緣中的滑移層工藝加強，通常是將一層聚四氯乙烯的滑移材料覆蓋在轉子的表面，以便盡可能的將自由伸縮的阻力在線匝熱膨脹的情況下減少。存在于護環下的工藝推撥角度也應當減少，所選擇的線匝銅線必須有一定的銀含量，其目的是為了將繞組線匝導線中的抗蠕變性能和屈服強度提高。在負荷的升降和機組的調峰工作中速度控制非常重要，不能太快。

4 總結

振動故障會嚴重影響火力發電廠機組的正常運行。通過分析發電廠汽輪機振動故障產生的原因及排除方式，給出相應的改善措施。振動故障是在正常運行的情況下難以避免的事情，我們只有通過有效的措施減少振動故障出現，降低火力發電廠振動故障的發生率。

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