淺析汽輪機運行中的振動及防止措施

鄭志強

摘要：汽輪機作為一種提供源動力的大型機械設備，主要應用于大型發電廠或者工業制造、車船制造業，在汽輪機的運行中，產生振動是最容易出現的一個問題，這種問題會引起汽輪機產生故障，不利于設備的正常運行，嚴重時會影響到發電廠和工業制造企業的發展。

關鍵詞：汽輪機；振動；防止措施

引言：

在汽輪機運行的過程中，引起振動的原因復雜多變，但汽輪機振動是機械設備發生故障的具體表現和導致故障產生的主要因素，因此，如何防止汽輪機在運行中發生震動，保證大型電廠或工業制造企業的正常運行，使我們應當重視和解決的主要問題。

一、汽輪機的運行原理和分類

（一）運行原理

在我國，汽輪機廣泛地被應用在大型火力發電和核能發電廠為火力發電和核能發電提供源動力來源[1]，它在火力發電中發揮作用的工作原理是通過燃燒煤炭的火力和熱量把水轉化成蒸汽，大量的蒸汽聚集會產生強大的氣壓，汽輪機的轉動就是靠這種氣壓來推動的，這樣就完成了汽輪機的運行，在整個過程中，從能量轉化的角度來說，就是把熱能轉變為機械能量的過程，汽輪機運行的另一端，再連接上電磁發電機的葉輪部位，就有實現了通過汽輪機的轉動帶動發電機的運行的過程，最后，有發電機完成電能量的儲備。

（二）主要類別

第一，按熱力原理主要可分為凝汽式、抽汽凝汽式和背壓式等；第二，從用途的角度講，汽輪機主要用于供電、供熱、工業用汽輪機和船舶推動汽輪機；第三，按汽輪機的進汽壓力的高低又可把汽輪機分為低壓、中壓、高壓、次高壓，最頂級的進汽級別是超高壓。

二、汽輪機振動的原因分析

引起汽輪機振動的原因是多種多樣的，但產生振動現象的主要原因有油膜的穩定性缺失、汽輪機運行過程中的氣流振動和由于受熱不均勻導致的汽缸膨脹障礙，出現汽缸膨脹不均勻的情況。

第一，油膜穩定性缺失。汽輪機發生油膜失穩主要有兩種形式，半速渦動和油膜振蕩。半速渦動的情況是，當機器轉子的轉動速度比第一臨界點轉速低至兩倍時，轉速就會逐漸提高，而在這個提高轉速的過程里，汽輪機的振動一般會在一個轉速相對較低的階段出現，然后一直振動到轉子的轉速達到峰值，或者還有一種情況是，振動會在轉子轉速達到某個隨機數值時小時，二在轉子轉速由低到高的變化過程中，當到達轉速變化的臨界點時，渦輪轉動的頻率就會發生改變，但其中轉動程度力的半頻關系是恒定不變的。油膜振蕩的情況是，在旋轉勁軸和潤滑油相互帶動運轉的過程中，軸勁和高速流動的潤滑油之間由于產生了強大的作用力和反作用力，使油膜發生一種強烈的自動振蕩的現象。

第二，氣流振動。氣流振動主要可分為由于轉子彎曲部分的徑向間隙變化而造成的頂隙振動和機器葉輪部位在運轉過程中的相互作用力引起的振動。

首先，頂隙振動是由于機械制造人員為了提高汽輪機的工作效率和機器性能，而使用了一種提高汽輪機運行轉速和級數增加的方法，但是級數的變化導致了轉子運行的跨距拉長，在轉速變化時的臨界速度變慢，進而轉子轉速的提高與汽輪機整體工作轉速的差距就被擴大，使軸系統的運行不穩定，而轉子的彎曲部分會使通流徑向間隙發生改變，進而引發軸勁的正向渦動。其次是葉輪流通部分的相互作用力。葉輪在運行過程中的失穩現象是很容易發生的，而這種失穩的作用力又會將葉輪帶入磨損環，產生磨損后就會造成出口的密封間隙增大，產生強烈的振動。

第三，汽缸膨脹不均勻。膨脹現象是由于受熱引起的在汽輪機運行的過程中[2]，汽缸膨脹是否均勻就取決于受熱是否均勻，當受熱不均勻時，會引起汽輪機的軸承位置和標高的改變，影響轉子的中心位置，導致軸承的剛度下降，進一步引起軸承振動，而軸承的振動又有以下兩方面原因，第一是汽輪機在機組啟動時水流疏通問題使殘留在機器中的水受熱產生蒸汽，引發金屬材料的變形，在運行過程中造成摩擦，另一種原因是運行過程中各個環節的氣溫與金屬氣缸的溫度不相配，造成轉子由于受熱不均而產生變形，與氣缸的膨脹程度發生差異。

三、采取有效措施防止氣缸振動

（一）杜絕油膜失穩和振蕩

在汽輪機的設計環節就需要在運行時的系統阻尼和穩定裕度進行提高，而且在制造工藝的選擇上排除影響軸系穩定性的工藝[3]，對于消除油膜失穩，一項重要的基礎性工作就是對汽輪機要做好日常的設備檢查和維護，而從它的運行原理上來講，可以通過增大機械的比亞和負載量來達到杜絕失穩的目的，同時，還要注意降低軸承的寬度，另外，還可以用提高機械的承載系數和油溫的方法對來時潤滑油的粘度變低。但這種方法會帶來油質老化的問題，在具體的應用中，應當采取相應的措施進行改善。

（二）消除氣流振動

相對來說氣流振動的發生幾率并不大，但是我們也要重視這種因素帶來的問題，消除氣流振動的主要方法有三種，首先，我們要充分利用反渦技術對氣流的環形運動進行干擾，用逆向注入氣流的方式提升失穩臨界點的轉子轉速進行提升；其次，對軸承在軸徑中的偏心率進行增高，來降低發生振動的頻率；第三，對軸承的外觀和幾何形狀進行和里的改造，干預環形旋轉氣流的動向，而達到減弱切向力度的目的，促進機器轉子高速穩定的運行。

（三）減少膨脹不均

抓住膨脹不均的主要影響因素，受熱不均勻，注意在汽輪機開始運行之前進行仔細的檢查，確保所有通道的通暢且沒有積水存在于主要管道或者機器主體中。現一旦發現積水要及時進行清理[4]，另外，仔細檢查機械運行的各個環節的部件有沒有變形或故障的情況發生，如有變形或故障，應當及時修理或更換，并配合將機械運行參數進行調整。

三、結束語

汽輪機的整體運行是一個需要各個機械設備和環節進行配合和協作的過程，要保證汽輪機的有效運行，就需要從它的運行原理出發，明確機器運行中各個部件工作原理和影響這些部件正常運行的因素，分析這些因素之間的邏輯關系，找到問題產生的源頭和根本，用有效的措施和方法杜絕這種不正常運行情況的發生，最終解決汽輪機工作過程中出現的故障和問題。

參考文獻：

[1]鄒廣富.汽輪機運行中的振動及防止措施探討[J].環球市場，2017（9）：143-143.

[2]王永江.汽輪機運行中的振動及防止措施探討[J].裝備制造，2016（7）.

[3]王勇.汽輪機運行中的振動與有效防范方式分析[J].大科技，2016（20）.

[4]鮑榮明.汽輪機運行中的振動及防止措施探討[J].中國科技投資，2017（3）.endprint