汽輪機運行中的振動及防止措施探討

鄒廣富

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汽輪機運行中的振動及防止措施探討

鄒廣富

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汽輪機、鍋爐、發電機被稱為火力發電的三大主機，但是在實際應用中，汽輪機經常因為振動而發生嚴重的故障。汽輪機的振動原因是多種多樣的，而振動又是汽輪機的主要故障原因，解決這一問題將對我國的電力生產產生極大的推動作用。火力發電作為我國的主要發電方式，必須保證其安全穩定地運行。在此基礎上，任何投入都是不過分的。文章結合實際運行中的故障，對汽輪機振動進行了分析，探討了在汽輪機的運行中如何減少振動情況的發生，保障電廠的穩定生產和老百姓的用電安全。

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1、汽輪機振動原因

1.1 油膜失穩

油膜失穩方面，汽輪機主要表現為兩種形式，即油膜振蕩以及半速渦動，對于半速渦動現象來說，其一般出現在轉子轉速小于兩倍臨界轉速情況下，在對其轉速進行提高處理時，則會在較低的轉速情況下出現該問題。對于該種振動情況而言，其可能會一直存在，并逐漸持續到較高的轉速情況下，也可能在到達一定轉速值時消失。而當轉子轉速變化時，其頻率也將隨之變化，但在半頻關系方面則會保持一致。

1.2 氣流振動

對于該種現象而言，其具有較多的發生形式，并根據其形式的不同具有不同的問題產生原因：第一，頂隙激振。在現今汽輪機對于性能以及效率具有更高要求的情況下，設計人員往往以級數增加以及工作轉速增加的方式進行處理，在使轉子轉矩變長、臨界轉速降低的情況下使臨界轉速比同工作轉速出現逐漸變大的情況，并因此對軸系統的穩定性產生了一定的影響。即轉子在徑向改變的情況下在間隙方面存在著不均勻的特征，其中，變小間隙一方則會具有更高的熱效率，而變大一方在熱效率降低的情況下形成切向力在軸頸位置作用，并因此使其能夠具有正向的渦動特點；第二，葉輪流通相互作用力。對于葉輪殼體以及圍帶來說，兩者間具有著角度的縫隙，如果轉速超出基礎頻率的2.5倍以上，則可能因此導致失穩情況的發生。而當輪帶泄流量守恒時，也會在進入磨損環之后形成高的切向力，并因此導致出現振動情況出現。

1.3 膨脹不均

如果汽輪機在運行當中加熱不均勻、或者其膨脹過程受到阻礙，則也可能導致振動情況的發生。此時，汽輪機軸承的標高以及位置在發生改變的情況下，就會使轉子因位移發生對軸承的剛度進行減弱，并導致機械振動情況發生。該問題的主要原因有：第一，機組在啟動過程中存在疏水補償的情況，在實際運行中，部分疏水因受到水汽影響則出現了膨脹不均以及受熱變形等情況，并在運行中出現摩擦振動問題；第二，其在運行以及沖轉過程中因轉子受熱不均而出現變形或者彎曲情況，并因此使潤滑油油壓同油溫出現超出正常運行參數的情況，在使兩者膨脹情況不一致的情況下導致振動發生。

1.4 動靜摩擦

近年來，各項工作對于汽輪機效率也具有了更高的要求，需要在對動靜間隙進行縮小的同時提升設備運行中碰撞摩擦情況發生的可能性。如果摩擦程度較輕，則會使汽輪機設備出現較強的振動，而如果摩擦程度較重，則可能在使轉軸出現彎曲的同時甚至使整個軸系統都受到損壞。對于該種問題來說，其產生的原因有：第一，轉子彎曲、轉軸振動過大；第二，轉子偏斜，動靜間隙過小；第三，缸體出現變形以及跑偏現象等。

2、汽輪機振動的防止措施

2.1 油膜失穩和油膜振蕩的防止措施

在汽輪機的設計階段，我們就應該提高軸系的穩定裕度和系統阻尼，在現場運行和檢修的過程中，要注意避免降低軸系的穩定性的操作和檢查工藝。對于軸承的維護是防止油膜失穩的有效手段，因為油膜失穩的根源就是滑動軸承。軸承的無量鋼承載系數如下：

式中：P是比壓，ψ是轉速。消除油膜失穩首先可以增大軸承的負載W或者是增大比壓P，這要求減少軸承的寬度L。但是也要注意這些會造成瓦溫和油溫的升高；其次可以增加間隙比ψ，但是也會造成軸頸在軸承中的定位問題；最后是減少潤滑油的動力黏度μ，提高油溫能，增大承載系數。但是這種方法會減少最小油膜厚度，潤滑油保持在高溫的狀態下長期工作，容易使油質發生老化。

2.2 氣流激蕩的防止措施

氣流激蕩在我國發生得比較少，但我們也不能因此就放松警惕。在這一方面，首先可以利用反漩渦技術干擾流體的周向運動，逆向注入流體，提高失穩的界限轉速。這種技術可以衍生出大量有效的主動控制手段，不會對汽輪機造成損害；其次，可以通過增加軸頸在軸承中的偏心率，減少振動發生的情況；最后，可以改變軸承的幾何形狀，擾亂周向旋流，減少它的切向力強度，提高轉子的穩定性。

2.3 其他原因造成的振動防止措施

膨脹不均主要是受熱或者是加熱受阻引起的，解決方法就是在啟動前，檢查一遍汽輪機，查看管道是否通暢，運行時是否有積水沒有排泄干凈，并且要注意疏水時有沒有疏水寄存在主管道或者是機體之中，如果有的話需要清理干凈。主熱汽溫壓力與金屬汽缸配置不協調的原因是運行參數設置不正確或者是機械使用時間過長，造成一定程度的運轉失靈，這時需要仔細檢查各項機械有沒有變形情況發生，及時進行故障設備的更換，調整運行參數。動靜摩擦主要是由于設計的不合理和機械設備的損害造成的，我們只需要降低一些對于汽輪機效率的要求，更換損毀的零件就能有效預防動靜摩擦，或者也可以增加油脂，加強動靜間的潤滑。

總而言之，在電廠工作開展中，汽輪機是重要的核心設備。在上文中，我們對汽輪機運行中的振動及防止措施進行了一定的研究，在實際工作開展中需要能夠把握重點，以科學措施的應用對汽輪機設備的安全、穩定運行做出保障。

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