淺談熱電廠汽輪機振動故障排查分析

徐玥

摘 要：汽輪機作為熱電廠運行過程中的重要設(shè)備之一，其肩負著發(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磨損，一旦汽輪機運行出現(xiàn)故障將會直接對電廠運行系統(tǒng)造成一定的不利影響，便會引起機組振動，甚至會影響汽輪機的正常運行。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。基于此，該文首先對汽輪機進行概述，并在此基礎(chǔ)上提出熱電廠汽輪機振動原因分析及處理對策。

關(guān)鍵詞：熱電廠 汽輪機 振動故障 排查

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（b）-0080-02

現(xiàn)階段，我國新建的熱電廠大部分都是調(diào)整抽氣式汽輪機為主。因此，汽輪機的運行穩(wěn)定狀態(tài)對電廠安全而言具有十分重要的影響。經(jīng)過實踐分析可知，影響汽輪機穩(wěn)定運行的因素有很多，且這些不定因素的存在將會對汽輪機的正常運行造成一定的干擾。一旦電廠汽輪機運行過程中出現(xiàn)故障，將會直接影響發(fā)電系統(tǒng)的正常工作，進而影響人們的生產(chǎn)和生活。另外，電力系統(tǒng)對我國社會經(jīng)濟發(fā)展等具有十分重要的影響，不穩(wěn)定故障因素的存在將會對社會各行各業(yè)的正常運轉(zhuǎn)造成影響，進而影響社會經(jīng)濟健康發(fā)展。因此，熱電廠應(yīng)當加大重視力度，采取一定的措施切實保證汽輪機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。該文將對幾種常見的汽輪機故障進行分析，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗提出相應(yīng)的解決措施。

1 概述

汽輪機組的振動是機組運行必須要監(jiān)測的一個非常重要的參數(shù)，因為當機組振動超過規(guī)定的范圍時，將會引起設(shè)備的損壞，甚至造成嚴重后果：（1）使轉(zhuǎn)動部件損壞。當機組振動過大時，會使葉片、圍帶、葉輪等各部件的應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生很大的交變應(yīng)力，導致疲勞而損壞；（2）使機組動、靜部分發(fā)生磨損；（3）使各鏈接部件松動；（4）直接造成運行事故。當機組振動過大，同時又發(fā)生在高壓缸端側(cè)時，有可能危及保安器誤動作而發(fā)生停機事故。因此，機組運行中要嚴格檢測其振動值。

近幾年來，大慶油田宏偉熱電廠機組頻繁出現(xiàn)振動大引起的停機事件，這就使得我們不得不引起對汽輪機組振動故障的重視。

2 淺析熱電廠常見振動故障

2.1 軸承的軸向振動

在測量機組振動過程中，常發(fā)現(xiàn)軸承的軸向振動過大，其振動頻繁與轉(zhuǎn)速相同。引起軸承軸向振動過大的原因有如下幾點：（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。軸向振動的幅值同轉(zhuǎn)子的撓曲程度成正比，而各軸承振動的相位則取決于轉(zhuǎn)子撓曲彈性線的形狀。在一階臨界轉(zhuǎn)速附近轉(zhuǎn)子2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2個軸承的軸向振動相位則相同。

2.2 汽流激振

一般情況下，汽輪機組中的高中壓轉(zhuǎn)子是發(fā)生汽流激振的主要部件。其原因是汽輪機內(nèi)流中的蒸汽會發(fā)生一定程度的膨脹，這樣一來，一方面會使高中壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生切向力轉(zhuǎn)矩，另一方面還會產(chǎn)生一個從高壓端到低壓端的軸向力，在這2種外力作用下高中壓轉(zhuǎn)子的葉片會在不均勻汽流的沖擊作用下使汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生汽流激振這一故障。

2.3 轉(zhuǎn)子熱彎曲

所謂的汽輪機轉(zhuǎn)子就是指汽輪機組中能夠轉(zhuǎn)動的部分，同時轉(zhuǎn)子承擔著汽輪機能量轉(zhuǎn)化的重要任務(wù)，而轉(zhuǎn)子熱彎曲故障的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子本身工作溫度以及蒸汽的參數(shù)設(shè)定值有一定的關(guān)系。目前，轉(zhuǎn)子熱彎曲故障多在汽輪機組冷態(tài)起機定速帶負荷運行中發(fā)生，這是因為在這種工作條件下，轉(zhuǎn)子工作溫度較高，同時葉片、葉輪和主軸在高速旋轉(zhuǎn)下，會受到較大的離心應(yīng)力，進而容易發(fā)生彎曲形變，如果轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲故障后仍不采取措施，那么還將會導致摩擦振動等其他故障的產(chǎn)生，影響電廠發(fā)電機組運行安全。

2.4 摩擦振動

在長時間運行狀態(tài)下，汽輪機轉(zhuǎn)動部分如葉柵、葉輪主軸等會在外力和高溫條件等作用下產(chǎn)生一定的熱彎曲故障，進而對轉(zhuǎn)動部分原來的穩(wěn)定狀態(tài)造成一定的破壞，最終產(chǎn)生摩擦振動故障。在這種情況下，汽輪機振動信號仍保持在工頻狀態(tài)，但是在轉(zhuǎn)子以及其他因素的作用下會經(jīng)常發(fā)生分頻、倍頻以及高頻分量的現(xiàn)象，甚至有時還會有波形削頂這一異常現(xiàn)象的發(fā)生。另外，汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦振動故障情況下，其振動頻率和幅值存在波動的基本特征，一旦這種故障存在時間過長，那么將會導致渦動現(xiàn)象的發(fā)生。

3 分析熱電廠汽輪機振動故障排查維修措施

3.1 修改軸承蓋振動保護動作邏輯分析

宏偉熱電廠3臺汽輪機組都設(shè)有軸承蓋振動檢測信號，信號經(jīng)TSI檢測柜，按“或”邏輯執(zhí)行保護動作，只要有一個信號越限，即發(fā)生停機動作。這樣，在運行中極易發(fā)生由于單一信號誤動造成機組停運的事故，給電廠的安全和經(jīng)濟造成巨大損失。為避免此類事故的發(fā)生，特提出將原邏輯關(guān)系改進，提高機組蓋振動保護的安全可靠性。

3.2 保護回路校驗分析

探頭校驗完畢后，回裝時要注意安裝牢固，接線端子處用膠帶纏緊，做好絕緣措施，防止接點處粘連出現(xiàn)短路現(xiàn)象；并要對信號電纜進行絕緣測試，保證信號傳輸?shù)臏蚀_性，對TSI柜內(nèi)接線進行規(guī)整。

3.3 油膜振蕩排查措施分析

通過以上對油膜振蕩發(fā)生原理分析可知，如何提高軸承和轉(zhuǎn)子工作穩(wěn)定性和安全性是故障處理的關(guān)鍵，而為了達到這一目的必須要減小二者相互之間的摩擦作用，這可以通過使用壓力和濕度都是以潤滑油來實現(xiàn)，同時還應(yīng)當減少潤滑動力的粘度值，以避免油膜承載力過大。在故障處理過程中切不可使?jié)櫥偷恼扯冗^大，以免影響油分布的均勻性，導致相互之間的摩擦力增加。另外，油膜振蕩故障還可以用減小軸瓦頂部間隙、增加上軸瓦軸承合金寬度、縮減軸頸和軸瓦接觸角等多種方式來進行解決。

3.4 汽流激振排查措施分析

通過對氣流激振故障產(chǎn)生原理分析可知，在進行該故障排查解決的過程中，首先應(yīng)當對汽輪機轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡狀態(tài)進行檢查分析，查看轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心是否和旋轉(zhuǎn)中心處于相同的運行狀態(tài)。另外，電廠技術(shù)人員在平常檢查過程中應(yīng)當對汽輪機組轉(zhuǎn)子的振動運行數(shù)據(jù)進行詳細記錄，并與機組滿負荷狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)進行整合分析，制定轉(zhuǎn)子的振動曲線圖，通過對曲線的觀察和分析，可以判定轉(zhuǎn)子運行的狀態(tài)。

3.5 轉(zhuǎn)子熱彎曲故障排查措施

由于汽輪機轉(zhuǎn)子工作區(qū)域在蒸汽區(qū)，因此熱彎曲故障的發(fā)生較為常見，因此設(shè)計人員在進行設(shè)計的過程中應(yīng)當使用耐腐蝕性強、耐高溫的材料作為機組轉(zhuǎn)子的制作材料。另外，如果汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生了熱彎曲故障，技術(shù)人員應(yīng)當立即將故障轉(zhuǎn)子取下進行更換，以徹底解決機組振動故障問題。

3.6 摩擦振動故障排查措施分析

通常情況下，汽輪機轉(zhuǎn)子運行的環(huán)境比較復雜，它在運行過程中不僅會受到高速旋轉(zhuǎn)和氣流沖擊作用力，同時高溫、潮濕以及高壓的工作環(huán)境會對轉(zhuǎn)子造成一定的破壞，影響機組轉(zhuǎn)子的安全穩(wěn)定運行。因此，火電廠應(yīng)當對轉(zhuǎn)子日常的保養(yǎng)和檢查工作給予高度的重視，一旦檢查過程中發(fā)現(xiàn)故障，維修技術(shù)人員應(yīng)當立即采取解決措施，對產(chǎn)生摩擦振動的部件進行必要維修，而如果機組部件維修價值不高應(yīng)當進行更換，以消除摩擦振動對汽輪機運行造成的不利影響。

4 結(jié)語

綜上所述，汽輪機作為熱電廠發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，對電廠安全穩(wěn)定運行具有十分重要的影響作用。但是汽輪機運行穩(wěn)定性會受到諸多因素的影響，尤其是振動故障問題的發(fā)生將會嚴重影響發(fā)電機組的正常運行，因此，熱電廠應(yīng)當對汽輪機振動故障排查工作的進行給予高度的重視，特別是對一些常見的振動故障應(yīng)當進行詳細分析，并制定相應(yīng)的解決措施，為電廠發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行提供堅實的保障。

參考文獻

[1] 柳向平.熱電廠汽輪機振動異常原因及故障排除[J].科技致富向?qū)В?012（8）：353.

[2] 宋光雄，陳松平，宋君輝，等.汽輪機組氣流激振故障原因及分析[J].動力工程學報，2012，32（10）：770-778.

[3] 劉寧.熱電廠汽輪機振動原因分析及對策[J].科技傳播，2012（10）：125，127.

[4] 劉勇.關(guān)于熱電廠汽輪機運行節(jié)能降耗的分析[J].石河子科技，2013（1）：42-43.