降低汽輪機軸承振動異常的技術(shù)研究及應用

傅國剛 王娜

摘 要：目前，在汽輪機工作過程中，軸承振動異常則會導致汽輪機運行不穩(wěn)定，從而引發(fā)故障問題影響后期運行狀況。汽輪機組的關(guān)鍵運行設備是發(fā)電設置，導致軸承振動異常的關(guān)鍵原因是汽輪機組長時間連續(xù)性的運行。因此相關(guān)技術(shù)人員應在汽輪機組運行中及時的對軸承振動原因進行分析，做好機組保養(yǎng)工作，減少振動異常現(xiàn)象的發(fā)生，對振動原因進行措施防范分析，從而保障汽輪機組安全持續(xù)工作，提高機組運作效率。因此，本文據(jù)上述問題對汽輪機組軸承振動異常現(xiàn)象做出了分析，并提出個人見解，希望本文可以對此研究做出參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機軸承;振動異常;技術(shù)應用

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0078-02

1 汽輪機組軸承工作簡介

在汽輪機組內(nèi)軸承運作（如圖1）的核心流程主要規(guī)劃為：轉(zhuǎn)子-軸承-基礎系統(tǒng)。而在該系統(tǒng)中，滑動軸承作為一個重要的環(huán)節(jié)，它的運轉(zhuǎn)狀態(tài)會直接影響到旋轉(zhuǎn)機械的工作性能。旋轉(zhuǎn)機械工作過程中，轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)是由軸瓦與軸頸表面間形成的油膜直接進行支撐。在工作中，如果軸瓦出現(xiàn)問題，會導致油膜失衡現(xiàn)象的發(fā)生。[1]此外，軸承溫度較高也是造成振動過大的原因。這些因素不盡早處理，將會導致問題惡化，造成一定的損傷，增大了安全事故的發(fā)生率。

2 汽輪機軸承振動不穩(wěn)定因素闡述分析

2.1 汽流激振現(xiàn)象的出現(xiàn)使得振動幅度加大

火電廠的汽輪機工作過程中，氣流激振現(xiàn)象時有發(fā)生，而產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因包含一下兩點：（1）汽輪機可通過葉輪和安裝在渦輪上的葉片將蒸汽轉(zhuǎn)化為動能，蒸汽繼續(xù)撞擊葉片進行操作，但由于汽輪機葉輪面積大、葉片長度長，當蒸汽流到達汽輪機末端時，會發(fā)生故障;（2）葉輪中的葉片具有膨脹性、收縮性，這種性能在連續(xù)振動時會對葉片本身產(chǎn)生一定的變化，同時對渦輪工作也有一定的影響，如：加振、減振等現(xiàn)象。判定此類現(xiàn)象的發(fā)生，則要通過氣流震動頻率的穩(wěn)定情況來判定，頻率增高說明氣流加振非常嚴重，當渦輪機為低頻時，其部件的值增加，氣流差異增加，運行參數(shù)繼續(xù)增加。[2]

2.2 轉(zhuǎn)子熱變形導致機組異常振動

安裝容量的增加和轉(zhuǎn)子長度的增加，轉(zhuǎn)子的熱變形有時會導致機器異常振動。首先，從轉(zhuǎn)子熱變形機的振動特性來看，振幅與轉(zhuǎn)子的工作持續(xù)時間有關(guān)。當轉(zhuǎn)子運行太長時間時，產(chǎn)生的熱量增加，溫度會跟著升高。在機器過載的情況下，渦輪機的冷卻系統(tǒng)會受到嚴重影響，轉(zhuǎn)子本身的金屬性能也會發(fā)生變化。特別地，當機器以給定速度運行時，大多數(shù)渦輪轉(zhuǎn)子經(jīng)歷熱變形。第二，在轉(zhuǎn)子繼續(xù)發(fā)熱后，它會不斷變形。顯示為“凹痕”機器卡在工作通道中，出現(xiàn)異常振動。此外，內(nèi)應力根據(jù)材料和散發(fā)的熱量而變化，當轉(zhuǎn)子受熱時，多重振動逐漸增加，由于熱擴散頻率引起的相變，轉(zhuǎn)子的異常振動變得越來越明顯。

2.3 摩擦振動導致振動加劇

由于摩擦振動的振蕩的增加主要表現(xiàn)在以下方面：（1）由于旋轉(zhuǎn)子的影響，與機器的移動相關(guān)聯(lián)的動作的溫度變高，機器內(nèi)部和外部的氣壓差，會影響振動信號的變化，在變化過程中會使主頻率受線性沖擊影響，產(chǎn)生不平衡力，進而增加振動現(xiàn)象的發(fā)生;（2）當轉(zhuǎn)子和軸承發(fā)生摩擦時，會產(chǎn)生波形分化，由于分化數(shù)較大，則會導致振動頻率的增長;（3）如果渦輪機在繼續(xù)運行中突然停止，相位發(fā)生變動，軸承臨界值的下降速度急劇增加，則會造成原溫度下降。從這個角度來看，忽高忽落的溫度必定會引起渦輪的晃動，產(chǎn)生摩擦，加劇振動。

2.4 運行中軸封供汽壓力的影響

軸封是蒸汽輪機最重要的組件之一，其結(jié)構(gòu)材料和形狀會引起軸承振動。

首先，關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)，安裝通常使用高壓標簽完成，并且在機器運行期間溫度的升高是不可避免，主要是因為高壓下的軸封是屬于硬零件，雖然屬于硬零件但是外部結(jié)構(gòu)很脆弱，容易發(fā)生軟化的現(xiàn)象。其次，軸封在高溫蒸汽加熱的情況下會導致熱變形，造成高壓端蒸汽以及低壓端空氣泄露。最后軸承壓力在負荷高壓、低壓階段之間不斷地變化，造成內(nèi)部振動增加。

2.5 潤滑油溫度高的現(xiàn)象

潤滑油中之所以有帶水的現(xiàn)象，主要是由于蒸汽氣流的混入，空氣冷卻后由蒸汽轉(zhuǎn)為水流，水在油內(nèi)不以蒸發(fā)，因此造成潤滑油帶水的現(xiàn)象，造成潤滑油質(zhì)量的下降，從而降低運行效率。潤滑油溫度高主要是由于冷油器效果不好，機組在轉(zhuǎn)動中因軸承溫度較高，而造成泄露，這種現(xiàn)象也許是因機械自身的構(gòu)造或冷油器運作出現(xiàn)故障等相關(guān)因素產(chǎn)生。此外，冷油器具的材料、安裝方法和操作水平直接影響潤滑油的冷卻效果。由于上述原因，存在不利影響，例如潤滑劑變質(zhì)，軸承損壞，導致單元軸承振動率增大。

2.6 運行人員不良操作習慣和誤操作

工作人員在操作的過程中的自身習慣問題以及失誤操作問題都會導致故障的發(fā)生。此外，在工作中操作人員沒有根據(jù)實際的流程步驟進行操作，會導致機組停止工作，潤滑油中斷供油，軸承的支撐點丟失，使得渦輪部分摩擦嚴重，從而產(chǎn)生劇烈摩擦振動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象長時間發(fā)生，會導致機組損毀，造成不必要的損失。

3 大型火電廠汽輪機軸承振動大的處理技術(shù)以及方式分析

3.1 仔細檢查排除汽流激振現(xiàn)象

工作人員在工作中要重視氣流加振的問題，如：（1）操作期間定期對機組進行全面檢查，以渦輪特征為基礎對氣流振動信息進行記錄;（2）檢查員以“月”或“年”為基準，對每次振動的時間、數(shù)據(jù)、周期進行對比，記錄機械軸承振動最大值及最小值對此進行比較，畫出對比曲線圖，后期有利于數(shù)值的計算。

曲線分析是由運動變化以及變化的趨勢進行表示，渦輪負荷臨界點的速度狀態(tài)一般也是由曲線進行表示。在曲線圖劃分完成后，相關(guān)人員應采取排除方式。對蒸汽流量的氣壓以及加振問題進行排除。

3.2 控制轉(zhuǎn)子溫度，避免因受熱不均產(chǎn)生熱變形

溫度的控制方式一般是：（1）工作人員檢查-調(diào)整-配置-完成。詳細來講就是在配置中將重心調(diào)整平衡，之后控制轉(zhuǎn)子溫度，使軸承頻率降低，進而控制振動頻率;（2）員工定期監(jiān)視轉(zhuǎn)子的溫度和偏心度，合理調(diào)整機器檢查時間，使偏心的轉(zhuǎn)子軸成為直軸，消除彎曲狀態(tài)，并對轉(zhuǎn)子進行熱彎曲治理;（3）加強停機管理，確保轉(zhuǎn)子受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子受熱彎曲，減少超高振動現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 掌握摩擦振動原理，減輕摩擦振動現(xiàn)象

首先，員工應從摩擦的基本原理進行對策研究，以減輕摩擦振動現(xiàn)象摩的發(fā)生。相關(guān)研究顯示摩擦振動問題一般出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子熱性能彎曲的形態(tài)下，這種形態(tài)現(xiàn)象下會使渦輪機組產(chǎn)生不規(guī)則的劇烈振動。轉(zhuǎn)子的被力面積不同，摩擦力的大小也不同，如摩擦力較大轉(zhuǎn)子運行溫度也會呈現(xiàn)持續(xù)上升的狀態(tài)，造成斷面運行不平衡劇烈振動。在振動持續(xù)增高狀態(tài)下，受摩擦過熱影響，導致轉(zhuǎn)子熱性能增加，呈彎曲狀態(tài)。因此，員工應從摩擦原理入手，檢查并確認問題的關(guān)鍵原因，記錄振動的穩(wěn)定性并及時檢查轉(zhuǎn)子工作的質(zhì)量;機器運行期間對溫度頻率進行調(diào)控，有效地調(diào)節(jié)軸承運行位置;對渦輪負載、轉(zhuǎn)速、運行時間，逐一統(tǒng)計;調(diào)整截面位置實現(xiàn)均勻性、平衡性，降低摩擦產(chǎn)生的熱性能，降低高溫運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證轉(zhuǎn)子熱性能，避免轉(zhuǎn)子彎曲現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 做好振動監(jiān)測工作，完善軸系監(jiān)控保護裝置

振動監(jiān)測的工作是系統(tǒng)中比較重要的一點，主要關(guān)注機械軸承等材料的選擇，如：（1）統(tǒng)一滾動式便于軸承系統(tǒng)的后續(xù)監(jiān)測;（2）操作時，操作人員必須對軸承裝置必須按照規(guī)定的要求進行實驗調(diào)整，在操作的過程中操作步驟也要按照流程來進行，以確保軸承系統(tǒng)的合理性;（3）軸向監(jiān)測保護裝置可以自動檢測軸承的運行情況，包括汽輪機的運行速度、運行時間和摩擦大小。振動監(jiān)測系統(tǒng)通常都是顯示在一定時間段內(nèi)軸封處的系統(tǒng)壓力，并分析溫度與氣壓力之間的關(guān)系。在高溫、高壓等情況下，系統(tǒng)會自動報警來提示工作人員，改進監(jiān)控設備并為技術(shù)人員提供調(diào)整的基礎條件。[3]

3.5 完善軸封自動裝置，加強運行中軸封監(jiān)視及調(diào)整

改進軸封自動裝置，想要實現(xiàn)間隙的連續(xù)調(diào)整，就必須以套筒間隙為基準。通過反復試驗調(diào)整輪封的距離，使用壓差法調(diào)整壓差。有效的過濾設備用于防止水軸蓋水的流出，然后去分離冷凝水和蒸汽，實現(xiàn)軸蓋的正常壓力和蒸汽質(zhì)量，再去使用自動裝置去加強機器中軸封的管理。在所有軸承運行條件下提供軸封功率，以避免滾動壓力引起的不穩(wěn)定機械振動問題。

3.6 完善潤滑油系統(tǒng)保護，加強油質(zhì)監(jiān)督

潤滑油系統(tǒng)鏈條保護的改進和潤滑油水帶現(xiàn)象監(jiān)控的加強基本是體現(xiàn)在以下兩點：（1）在油冷卻器的基礎上，必須要按照嚴格的規(guī)章制去進行操作和實施，油冷卻器的壓力不能高于冷水壓力，這樣一來機油壓力就可以自然的去維護冷卻器。在對設備進行組裝還有維護時，一定要做到定期監(jiān)測，加強油冷卻器的維護，避免潤滑油泄漏和蒸汽引起的水條現(xiàn)象，檢查潤滑脂的狀況是否良好;（2）根據(jù)潤滑油產(chǎn)生的壓力建立聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，保證潤滑油給系統(tǒng)的正常供給。

3.7 提高運行人員技能水平

提高操作人員在火電廠運行和管理中的技能非常重要。操作人員必須嚴格遵守要求去進行檢查，以提高操作水平。提高事故處理能力，避免事故擴大，根據(jù)實際情況判斷，適當制定應急處理計劃，確保期以后出現(xiàn)故障遺留問題保證穩(wěn)定運行。定期監(jiān)測和分析設備，加強設備監(jiān)測和維護。

3.8 其他方面的改進措施

（1）油箱的控制。第一，機油系統(tǒng)還有油箱系統(tǒng)必須要找規(guī)定要求去控制操作，通常將機油控制在指定范圍內(nèi)，并定期檢查油箱。當機油量相對較少時，應及時補充機油，并定期對燃油箱進行過濾，排放和過濾。其次，調(diào)節(jié)燃油箱排氣扇進氣門，使燃油箱內(nèi)有一定的負壓，使油氣正常分離。最后，根據(jù)具體工況分析油質(zhì)并定期解決發(fā)生的問題，防治問題故障繼續(xù)擴大。

（2）輔助油泵的控制。對于輔助油泵，在停止和啟動渦輪之前測試所有輔助油泵，并在啟動之前執(zhí)行油泵鏈測試。同時，定期檢查和測試油泵，以確保輔助油泵操作的穩(wěn)定性。

（3）油冷卻器。在操作油冷卻器之前，必須嚴格遵守保護系統(tǒng)。當油冷卻器關(guān)閉時，潤滑劑的油壓會受到控制，以確保油溫的穩(wěn)定性，并且不可以有大幅度的改動。最后，為了防止冷卻水進入冷卻器的油側(cè)，油壓稍高，冷卻水壓力變高。此外，當機器關(guān)閉和啟動時，冷卻水壓力不會有太大變化。請定期檢查冷油器械是否有泄漏的現(xiàn)象。

（4）渦輪軸承的溫度被控制在合理的范圍內(nèi)，并且當溫度迅速升高時檢查將停止。另外，發(fā)生燃料用完、水沖擊等突發(fā)事件時，立即停止檢查，消除隱患后重新開始運行。同時，使之提高檢查流程，修理不周到，軸承有損壞的情況。

（5）在機械運轉(zhuǎn)中，有關(guān)人員對軸承的振動進行監(jiān)視，在軸承的振動上出現(xiàn)警報或突然升高的情況，會立即減輕機械負荷升高前的負荷。

4 結(jié)語

簡而言之，軸承作為汽輪機的主要組成部分，要保持正常運作的狀態(tài)，不斷提高運作使用率，利用信息化技術(shù)建立監(jiān)測系統(tǒng)，對汽輪機軸承振動異常狀態(tài)進行研究，進一步確認異常現(xiàn)象發(fā)生的因素，對此進行技術(shù)措施維護以及維修保養(yǎng)，確保汽輪機運行穩(wěn)定。

參考文獻

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