淺議汽輪機組常見振動故障及應對措施

郭越

摘 要：本文介紹了汽輪機組出現(xiàn)振動故障的常見原因，通過分析各類故障的特征，合理科學的制定處理、保護汽輪機組的相關措施。

關鍵詞：汽輪機組 振動故障 特征 原因 處理措施

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082 （2017） 04-0239-01

在現(xiàn)代化生活生產(chǎn)過程中，電力系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎，有著極為重要的地位。機械設備逐步向集成化、綜合化以及大生產(chǎn)化方向發(fā)展，明確機械設備運行過程中的安全性指標已經(jīng)成為各工作部門迫在眉睫的工作。就目前電力系統(tǒng)的發(fā)展來看，汽輪機組能否順利運行已經(jīng)直接關系到整個電廠電力系統(tǒng)是否能夠運行通暢。更為關鍵的一點是：由于汽輪機組結構復雜性、運行環(huán)境特殊、運行規(guī)律突發(fā)性高等因素，在實際運行過程中汽輪機組發(fā)生故障頻率較高，容易造成蔓延性反應從而對整個電力系統(tǒng)造成極大的危害。然而在實際運行過程中并不是無跡可尋，絕大部分汽輪機組出現(xiàn)故障之前均有一定的異常振動現(xiàn)象發(fā)生。換而言之，電廠汽輪機組能否安全可靠的運行在很大程度上取決于汽輪機組的振動狀態(tài)。本文整理了常見的振動故障并將詳細介紹各類汽輪機組振動故障的特點、影響因素以及相應處理措施。

一、汽輪機組常見振動故障的特征

1.轉子問題

轉子問題導致汽輪組振動故障主要是因為轉子質量失衡。汽輪機組發(fā)生轉子質量不平衡時，會出現(xiàn)如下故障特征：一倍頻振動幅值變大，并且出現(xiàn)較小的電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量即高次諧波，整個頻譜出現(xiàn)“縱樹形”現(xiàn)象；在一定轉速下，振動的相位和幅值固定不變，出現(xiàn)明顯同頻的振動；軸心的運動軌跡形狀不一重復性差。

汽輪機組發(fā)生轉子質量不平衡的原因：

1.1 轉子原始質量不均。汽輪機組轉子在運行前，由于加工制造或者部件更換造成其原始質地不均，使其原始質量不平衡，如果存在此種不平衡則轉子在一定轉速下，轉動特征很穩(wěn)定，無論改變啟動方式、更換機組參數(shù)還是延續(xù)帶負荷的時間，振動的相位和振幅都不會改變。

1.2 轉子零件的松動。當轉子零件松動時，所產(chǎn)生的轉子工頻振動突然增大，振幅和相位會短時間內增大直至某一固定值。但是只有在振動機組帶負荷工作長時間的情況下才會發(fā)生轉子零件的松動。

1.3 轉子發(fā)生熱彎曲。轉子由于發(fā)生熱彎曲而造成質量不平衡時，其工頻振動會隨著時間的改變而不斷變化，并且時間延長，工頻振幅和相位會逐漸變大，延長到一定時間后振幅和相位為一固定值。

2.油膜振蕩問題

在軸頸帶動潤滑油高速流動時，高速流動的潤滑油發(fā)生反作用刺激軸頸，從而使軸頸劇烈振動的一種自激振動現(xiàn)象叫做汽輪組的油膜振蕩。若汽輪機組發(fā)生油膜振蕩故障，轉子渦動方向和轉動方向變得相同，軸心的軌跡變?yōu)榛ò晷危⑶視е抡駝拥臅r域波形發(fā)生畸變，低頻成分會疊加到工頻的基波上以至于頻率增加變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。

油膜振蕩原因

當汽輪機組轉子平穩(wěn)運行時，軸頸呈高速旋轉狀態(tài)圍繞軸承中心轉動，此時若受到高速流動的潤滑油刺激，軸頸在高速旋轉的同時，還會以平衡點為中心渦動或者甩轉，放大渦動振幅從而導致油膜振蕩。

3.動靜摩擦問題

當汽輪機組中發(fā)生動靜摩擦時，振動信號會隨著外界條件而改變，這就使得汽輪機組的動靜摩擦表現(xiàn)出很多的不確定性即某一時刻出現(xiàn)的征兆在其他時刻復現(xiàn)的情況可能就不存在了。

動靜摩擦原因

汽輪機組的全周碰摩：（1）碰摩點界面轉軸中心的平均位置和軸承軸頸中心向所處界面間隙圓中心點偏移；（2）碰摩點處軸承的工頻或通頻最大振幅可以達到此處軸向界面的問隙圓；（3）轉子的橫向固有周期緩慢降低；（4）正向全周摩擦大振幅的振動變?yōu)楣ゎl，并且反向全周摩擦大振幅變?yōu)榕c轉速無關。

汽輪機組的部分碰摩：（1）相位滯后，振動波形不斷改變并有附加的頻率分量產(chǎn)生；（2）轉子振幅會有輕微浮動或者保持不變，但是發(fā)生嚴重摩擦時轉子振幅會變小；（3）軸心軌跡變?yōu)椤?形”是單點局部碰摩故障，軸心軌跡為花瓣形是多點局部碰摩故障。出現(xiàn)此3種振動現(xiàn)象都是由汽輪組的部分碰摩引起。

4.蒸汽振蕩問題

在汽輪機組安裝時，必須確保蒸汽間隙均勻且無偏差，否則會發(fā)生蒸汽對轉子作用的不平衡軸向力會導致汽輪組振動故障。比較容易發(fā)生蒸汽振蕩的地方是汽輪機高壓轉子。

蒸汽振蕩原因

當轉子熱彎曲、氣流作用、汽缸膨脹變形跑偏而產(chǎn)生轉子切向推力發(fā)生時，都可能發(fā)生轉子和靜子軸向間隙的變化而導致偏差，進而使汽輪機組發(fā)生蒸汽振蕩故障。一般汽輪機組發(fā)生蒸汽振蕩時會發(fā)生如下現(xiàn)象：（1）轉子變?yōu)檎驕u動且渦動頻率約為工頻的0.6至0.9倍；（2）在轉子轉速升高到一定固定值時會產(chǎn)生劇烈振動。（3）在一定負荷值下會發(fā)生強烈振動；（4）強烈振動時的主要頻率是轉子一階的固有頻率，但是頻帶較寬；（5）軸心軌跡變?yōu)闄E圓形；

二、汽輪機組振動故障的處理措施

1.處理汽輪機組轉子質量不平衡故障的措施。

選用特別的耐熱材料作為轉子的制作材料，采用特殊的制作加工工藝來制作轉子，因為汽輪機組的轉子長時間工作在蒸汽區(qū)，所以要時常檢測轉子是否質量平衡。一旦發(fā)現(xiàn)汽輪機組運行中轉子發(fā)生質量不平衡現(xiàn)象，就要及時更換新的轉子，避免大范圍與大程度的故障發(fā)生。

2.處理汽輪機組油膜振蕩故障的措施。

如果確認汽輪機組發(fā)生油膜振蕩，要及時使用符合壓力標準的潤滑油減緩摩擦，同時也要降低潤滑油的黏度以減小油膜的承載力。然而需要加強注意的是，必須在一定范圍內降低潤滑油黏度，因為一直提高或降低潤滑油的黏度會破壞潤滑油的分布情況。在此同時，還可以使上軸瓦軸承合金的寬度增大、減小軸瓦的頂部間隙以及彎曲軸瓦使其與軸頸間的接觸角減小等措施。

3.處理汽輪機組蒸汽振蕩故障的措施。

檢查汽輪機組發(fā)生蒸汽振蕩故障，需要對振動信號進行分析和監(jiān)測，然后與機組滿負荷時的振動數(shù)據(jù)對比繪制出轉子的振動曲線。及時維修更換轉子，以維持汽輪組正常的安全運行。

4.處理汽輪機組動靜摩擦故障的措施。

檢修人員必須經(jīng)常對轉子進行維護檢查，若發(fā)現(xiàn)轉子間出現(xiàn)間隙等異常要及時采取相應處理措施或者更換轉子，以確保汽輪機組的穩(wěn)定運行。汽輪機的轉子的工作環(huán)境是高濕、高溫和高壓，持續(xù)工作時間長，而且持續(xù)受到氣流和高速旋轉作用力的作用，所以很容易導致動靜摩擦故障，應經(jīng)常查驗是否出錯。

三、保護汽輪機組振動故障的措施

相關工作人員需要在電廠汽輪機各個工作細節(jié)中針對機組振動頻率等進行系統(tǒng)監(jiān)控，公司也必須制定嚴格周密的相應保護措施，以達到有效的抑制突發(fā)性、蔓延性的汽輪機組振動故障問題。汽輪機組也應當安裝相應的軸承振動頻率測量設備，系統(tǒng)監(jiān)視汽輪機組在各時段運行過程中的振動狀態(tài)，并且保證在振動參數(shù)超過預定限值的情況發(fā)生時機器可主動發(fā)出相應的聲光報警信號，來提醒工作人員及時采取相應的應對措施，最大限度地減少振動事故的發(fā)生。

對于汽輪機組而言，除了在發(fā)生故障后及時采取合理的處理措施外，更為重要的是故障發(fā)生前的監(jiān)控保護措施。汽輪機組中裝設振動保護裝置，如果發(fā)生汽輪機組的振動超過限值時，由脈沖信號來啟動保護程序控制電路，使得主汽門能夠及時關閉。通過大量實踐證明，安裝振動保護裝置在異常振動發(fā)生時控制汽輪機組緊急停機，對保證汽輪機組安全運行具有很大的保護作用。

總之，在發(fā)生汽輪機組故障的事故尤其是程度較深的設備損害事故中，大部分都有明顯的振動特性表現(xiàn)出來。所以說，分析汽輪機組振動特征是汽輪機組故障預報和診斷的重要手段。本文結合汽輪機組故障顯出的一般現(xiàn)象，仔細探究了汽輪機組在運行過程中出現(xiàn)振動故障的原因及其引起的相關振動現(xiàn)象，并且提出了相應的對策來解決汽輪機組故障，希望能夠為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。然而這些振動故障現(xiàn)象要論實際情況而定，這就要求日常工作中維修人員在對汽輪機組多多保持監(jiān)測，仔細排查誘發(fā)各類振動故障的因素，一旦發(fā)生故障應及時采取妥善的方法處理。此外工作人員也要不斷引進新的方法來檢測分析，結合積累的工作經(jīng)驗，盡可能的使汽輪機組安全運行。

參考文獻

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