淺談三菱燃機(jī)450MW（M701F4）機(jī)組現(xiàn)場設(shè)備的振動對熱控設(shè)備的危害及應(yīng)對方法

摘 要：近幾年，我國對火電廠的環(huán)保要求越來越高，燃?xì)廨啓C(jī)在國內(nèi)快速發(fā)展，三菱燃機(jī)M701F4機(jī)組在我國燃機(jī)建設(shè)中占有較大的比例，該型燃機(jī)日常頻繁啟停，管道內(nèi)介質(zhì)工況多變，轉(zhuǎn)動機(jī)械跟隨變負(fù)荷運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行時，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動、管系的振動和高、中、低旁的投運(yùn)時，蒸汽在排汽端發(fā)出巨大的噪音，相互疊加、傳遞。熱控設(shè)備分布、依附在各類管道和機(jī)械設(shè)備上，長時間的振動，會引起安裝底座位移、連接件松脫、縮短控制板卡元器件的工作時間等。本文主要討論三菱燃機(jī)現(xiàn)場主設(shè)備的振動對熱控設(shè)備的危害和應(yīng)對方法，保證熱控設(shè)備的效能，旨在為燃機(jī)電廠熱控設(shè)備的管理提供有價值的建議和改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠；管道振動；旋轉(zhuǎn)機(jī)械；熱控設(shè)備；危害；應(yīng)對方法

1 前言

管系振動、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動和工作介質(zhì)高速流（水錘、紊流）是燃機(jī)電廠常見的振動現(xiàn)象，難以完全消除，長期的振動會導(dǎo)致安裝在主設(shè)備上的熱控測點(diǎn)（探頭）連接件松動，熱控設(shè)備與支架的固定部位發(fā)生碰磨，加劇熱控設(shè)備的失效，引發(fā)主設(shè)備的故障，降低了燃機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。管系振動、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動均是自激振動，機(jī)組啟停過程，工質(zhì)在管道內(nèi)流速快速變化，旋轉(zhuǎn)機(jī)械負(fù)載不同，振動頻率和幅值也不同，附屬的熱控設(shè)備在安裝支撐力和共振力的作用下，輕則在安裝孔處滲漏，重則導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。我公司兩臺燃機(jī)投運(yùn)以來，因現(xiàn)場設(shè)備振動大，造成十幾臺（個）熱控設(shè)備故障，經(jīng)濟(jì)損失十余萬元，振動引起熱控設(shè)備頻繁損壞已成為當(dāng)前不可忽視的問題。目前，我們采用多種應(yīng)對方法，增強(qiáng)熱控設(shè)備與主設(shè)備的連接剛度，積極聯(lián)系機(jī)務(wù)降低自激振動的幅度和頻次，減輕管系振動的傳播，保證熱控設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

2 燃機(jī)電廠現(xiàn)場設(shè)備振動來源分析

2.1管系振動：來源于工質(zhì)在管道內(nèi)的流動和脈動，介質(zhì)流過彎頭、閥門、異型管、熱控測點(diǎn)安裝開孔，管內(nèi)會產(chǎn)生自激振動，振動沿著管道擴(kuò)散，當(dāng)管內(nèi)有水汽沖擊時更加明顯[1]。振動的大小與管系支吊架、介質(zhì)流速、阻尼、安裝元件在管道中的相對位置有關(guān)，介質(zhì)流速變化是振動的主要來源。

2.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械帶起的振動：旋轉(zhuǎn)設(shè)備工況良好，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時，設(shè)備相對振動平和，極端的情況多發(fā)生在設(shè)備的啟停過程中，泵的水錘或壓氣機(jī)的喘振的振動，危害設(shè)備的正常運(yùn)行，傷及熱控設(shè)備。振動的大小、持續(xù)性與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、軸系的潤滑度、惡劣工況、軸系的中心對位、介質(zhì)流速等因素相關(guān)[2]。

2.3燃機(jī)啟停時引起的振動：機(jī)組正常運(yùn)行時頻率相對固定，振動在允許范圍內(nèi)。機(jī)組啟停過程的振動是變頻、變幅的，特別是低壓缸排汽和各級旁路調(diào)閥后紊亂的蒸汽流，產(chǎn)生的振動劇烈，破壞力大[3]。燃機(jī)排氣段的強(qiáng)迫振動和低壓缸排汽段高速汽流，制造出的噪聲讓人難以忍受[4]。振動大小、作用時間與機(jī)組的啟動方式、環(huán)境溫度、各級旁路閥的開度、介質(zhì)的壓力溫度流速、主設(shè)備的固有頻率等因素相關(guān)。

3 熱控設(shè)備現(xiàn)場改進(jìn)方法和實例

我公司兩臺三菱M701F4燃機(jī)自2017年4月投運(yùn)以來，至今年5月，按損壞設(shè)備的類型分，溫度元件12支、壓力表計針型閥3只、電（氣）動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制板卡5塊、壓力表8只、緊固連接件十幾處。為了保護(hù)設(shè)備穩(wěn)定工作，保證機(jī)組安全運(yùn)行，我們采用以下幾種方法。

3.1增加儀表管的固定支架和管卡[5]。改變儀表管的振動頻率，減緩振動沿管路傳播，現(xiàn)場安裝空間條件具備的，可將熱控設(shè)備的位置遷移至低振動區(qū)域。此方法已應(yīng)用在燃機(jī)頂軸油泵、控制油泵、燃?xì)鈮毫ψ兯推骺刂乒駜?nèi)等部位。

3.2改變溫度元件的安裝方式。將高振動區(qū)域的溫度元件安裝方式由熱套式改為卡套式[5]，消除熱電偶芯彈簧力和管系的共振、蒸汽流激振。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)烈的振動引起測點(diǎn)芯引線根部斷裂、接線瓷盤破碎，見圖1左上。安裝方式的改變還能防止豎直朝上的位置破碎的零部件落入溫度元件的安裝孔內(nèi)。此改進(jìn)方案主要應(yīng)用在余熱鍋爐主汽溫度、燃機(jī)高（中）壓旁路出口溫度、TCA（燃機(jī)透平空氣冷卻系統(tǒng)）至凝汽器回水溫度等位置。圖1的左下和右側(cè)圖是TCA（燃機(jī)透平空氣冷卻系統(tǒng)）至凝汽器回水溫度測點(diǎn)改進(jìn)前后對比，延長的鎧裝尾端還能減緩振動，防止安裝盲管磨損后，內(nèi)部高溫高壓蒸汽從測點(diǎn)芯噴出。

3.3電（氣）動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元和機(jī)械驅(qū)動單元的分體分設(shè)。提高振動大區(qū)域執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抗震能力，將儀用空氣至氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛性連接改為不銹鋼氣源軟管擾性連接，增大氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)自由振動的裕度，消除剛性連接對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的拉扯力，新加裝氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與氣動控制組件支撐座，防止管道大幅激振造成連接件折斷。圖2左上：長期振動引發(fā)高旁壓力調(diào)閥氣動組件在運(yùn)行中斷裂。圖2右側(cè)兩圖：執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造前后的對比圖。

實現(xiàn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制單元與電動輸出機(jī)構(gòu)分體安裝，兩者之間通過線纜連接，保持原有的電氣特性。分設(shè)后，管系震蕩不直接作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制板卡連接件和電子元器件，另一好處是控制單元能夠工作在振動小、環(huán)境溫度較低的場所[5]，延長了電子元器件的使用壽命。燃機(jī)現(xiàn)場高振動區(qū)域的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)改進(jìn)后，效果良好。圖3：電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分體安裝的前后對比。

3.4連接件螺紋硅酮膠或生漆膠封，防止振動引起螺口退行松動。主要應(yīng)用于燃機(jī)潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)的熱控設(shè)備。

4 結(jié)束語

燃機(jī)振動大區(qū)域的熱控溫度測點(diǎn)、壓力表計、執(zhí)行器等設(shè)備的減振措施的落實，增強(qiáng)了熱控設(shè)備抵御現(xiàn)場振動的能力，要想根本解決問題，需相關(guān)專業(yè)的配合，總結(jié)有以下幾種做法：

（1）振動大管道上的溫度測點(diǎn)由熱套式改為卡套連接，因為測點(diǎn)插深的變化，可能會使測量精度略有下降，但大幅提高了溫度測點(diǎn)的使用壽命。增加儀表管的支吊架和管卡可減緩管系振動的傳播。連接件螺紋涂硅酮膠或生漆，能防止螺口松動。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元與電動輸出機(jī)構(gòu)分體安裝，要保證電氣性能和設(shè)備的連接密封，改動時，要充分考慮各專業(yè)檢修的便利，分體安裝是消除振動效果較好的方法。

（3）管道和旋轉(zhuǎn)機(jī)械是振動的主要來源，要聯(lián)合相關(guān)專業(yè)，降低管道和旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動幅度和劇烈振動的頻次，減少振動來源，減輕現(xiàn)場主設(shè)備的振動對熱控設(shè)備的傷害。要邀請設(shè)備制造廠研制耐震、適應(yīng)燃機(jī)現(xiàn)場工況的熱控設(shè)備，降低檢修人員的勞動強(qiáng)度和檢修費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 董建國，田劍波.燃?xì)廨啓C(jī)的振動故障分析.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2004，6第17卷第2期：62-63.

[5] 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL5190.4-2012）電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范·第4部分：熱工儀表及控制裝置：2-4，17-20，33-36.

作者簡介：

張東良（1970.11-），漢，男，江蘇丹陽人，本科，工程師，江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司，研究方向是：火電熱控。