降低汽輪機軸承振動異常的技術研究及應用

董靖宇

（神華準格爾能源有限責任公司，鄂爾多斯 017000）

汽輪機是火力發電廠的重要設備，結構復雜，且運行環境惡劣。汽輪機發電機組故障率高，特別是軸承異常振動若發現和處理不及時，極易損壞汽輪機軸瓦，加劇轉子彎曲而引發大軸斷裂事故，造成較大的經濟損失。為了全面加強汽輪機發電機組的可靠性，降低故障發生率，全面分析和研究汽輪機軸承異常振動原因，同時提出了科學有效的處理措施。

1 汽輪機組軸承工作概述

在基礎系統內，滑動軸承至關重要，其運轉狀態對旋轉機械工作性能具有較大影響。旋轉機械工作期間，轉子運轉多由軸瓦和軸頸表面油膜支撐。工作過程中，軸瓦發生問題極易導致油膜失衡。軸承溫度較高時，也會導致振動異常問題。如果不及時處理上述因素，軸承溫度將不斷升高，不僅會損傷軸承，還會增加安全事故發生率[1-3]。

2 汽輪機軸承振動不穩定因素分析

2.1 氣流激振導致振幅過大

火電廠汽輪機運行期間極易發生汽輪激振問題。引發此種現象的原因，主要包括兩個方面。一方面，汽輪機利用葉輪和渦輪葉片，可以將蒸汽的能量轉化為動能。蒸汽會連續撞擊葉片，以實現操作。然而，汽輪機葉輪面積大且葉片長度長，蒸汽流到達汽輪機末端時極易引發故障問題[4]。另一方面，葉輪葉片具備收縮性和膨脹性特點，在連續振動時會改變葉片性質，影響渦輪工作，如加振和減振等。判斷此種現象時，必須借助氣流振動頻率的穩定性。若頻率增加，表明氣流存在嚴重加振情況。渦輪機若處于低頻狀態，則會增加氣流差異和運行參數差異。

2.2 轉子熱變形導致機組異常振動

轉子屬于機器重要組成部件，對機器運行影響比較大，圖1為轉子內結構圖。當機器安裝容量擴大、轉子出現熱變形現象時，將會導致機器異常振動。一方面，基于轉子熱變形機振動特性分析發現，振動振幅與轉子工作時間有關。如果轉子運行時間較長，會散發大量熱量，使溫度急劇上升。機器過載會嚴重影響渦輪機冷卻系統，并改變轉子自身金屬性能。當機器以給定速度運行時，大部分渦輪轉子會發生熱變形。另一方面，轉子持續發熱后會出現變形[5-7]?！鞍己邸睓C器會卡在工作通道內，從而引發異常振動。根據材料和散發熱量的不同，內應力會出現明顯變化。轉子受熱時不僅會逐漸增加多重振動，而且會因熱擴散頻率導致材料相變，加劇轉子的異常振動情況。

2.3 摩擦振動導致振動加劇

因摩擦導致的振動增加主要包括以下幾個方面。第一，當受到轉子影響時，機器做出關聯動作時，內部溫度會持續升高。機器內部和外部的氣壓差對振動信號變化的影響較大。在持續變化中，線性沖擊會影響主頻率，從而出現不平衡力使得振動加劇。第二，當轉子與軸承摩擦時，極易出現波形分化[8]。當分化數較大時，將會增加振動頻率。第三，在連續運行中，渦輪機會突然停止，此時會改變相位，加劇軸承臨界值，使原溫度升高。當溫度持續升高時，將會引發渦輪摩擦振動。

圖1 轉子內結構圖

2.4 軸封供汽壓力影響

在蒸汽輪機中，軸封屬于重要組件。軸封材料和形狀不符合要求，將會引發軸承振動。對于材料結構來說，需要借助高壓標簽完成材料安裝。蒸汽輪機運行期間無法避免機器溫度升高。高壓條件下，軸封為零部件，外部結構脆弱，因此會產生軟化問題。在高溫蒸汽加熱影響下，軸封極易出現熱變形，致使高壓端與低壓端蒸汽泄漏。此外，當軸承處于壓力不均運行環境時，也會產生內部振動問題。

2.5 潤滑油溫度高

由于蒸汽與空氣氣流混合，蒸汽冷卻后會凝結為水流。由于水流在油內不會蒸發，此時就會出現潤滑油帶水現象，導致潤滑油質量和運行效率降低。潤滑油溫度高，多是由于冷油器冷卻效果不佳所致[9]。機組轉動中，軸承潤滑油溫度持續升高時若受到冷卻器故障影響，將會導致潤滑油泄漏。冷油器材料、操作水平以及安裝方法均會影響潤滑油冷卻效果。若沒有及時處理上述問題，將會導致潤滑油變質和軸承損壞，進一步加大單元軸承振動率。

2.6 運行人員不良操作習慣與誤操作

在操作期間，技術人員自身習慣和失誤操作等行為也會引發軸承振動異常問題。在運行過程中，技術人員未按照標準流程步驟開展操作，當機組停止運行和潤滑油供油中斷時，會使軸承丟失支撐點，加劇渦輪部分摩擦，從而出現摩擦震蕩現象。如果未及時處理摩擦問題，將會導致機組損毀，造成較大的經濟損失。

3 汽輪機軸承振動處理技術與方式分析

3.1 全面檢查和排除氣流激振現象

在操作實踐中，技術人員必須高度關注氣流加振問題：第一，操作過程中，定期檢查機組結構與性能，如渦輪裝置，應當詳細記錄渦輪氣流振動信息。第二，檢查員以年、月為基準，對比分析不同時期的振動數據，如振動周期和振動持續時間等，同時記錄機械軸承振動最大值和最小值，描繪振動曲線圖，計算具體的振動數值。在分析振動曲線時，需要依照曲線運動變化趨勢，掌握渦輪負荷臨界點速度狀態，同時采取有效措施予以處理[10]。

3.2 控制轉子溫度

第一，技術人員注重轉子檢查、調整與配置工作。在優化配置中，合理調整結構重心，控制轉子溫度，降低軸承頻率，以控制振動頻率。第二，員工應當定期監測轉子溫度和偏心度，同時延長機器檢查時間，確保偏心轉子軸調整為直軸，避免出現彎曲狀態，同時治理轉子熱彎曲問題。第三，注重停機管理，確保轉子均勻受熱，避免轉子受熱彎曲所致超高振動現象。

3.3 掌握摩擦振動原理，降低摩擦振動

員工應當分析摩擦基本原理，以此消除摩擦振動影響。按照相關研究顯示，振動摩擦問題多出現在轉子熱性能彎曲狀態下，導致渦輪機組振動不規則。轉子的受力面積不同，產生的摩擦力大小也不同。摩擦力較大會增加轉子運行溫度，致使斷面振動劇烈。如果振動持續加強，由于受到摩擦過熱影響，轉子熱性能會不斷增加，從而呈現出彎曲狀態。因此，技術人員應當依照摩擦原理排查振動成因，詳細記錄振動頻率，將其作為轉子運行質量的檢驗依據。需合理調節和控制機器運行的溫度頻率，調節軸承運行位置，以消除振動隱患。此外，需統計分析渦輪負載、運行時間以及轉速，優化調整截面位置平衡性與均勻性，降低摩擦熱性能，消除高溫運行的威脅性。同時，需注重維護轉子熱性能，避免出現轉子彎曲現象。

3.4 密切監測振動，優化軸系監控保護裝置

系統運行中，振動監測屬于重要內容，必須合理選擇機械軸承材料。第一，統一滾動式材料，能夠持續監測軸承系統。第二，操作過程中，操作人員必須按照標準要求優化和調整軸承裝置，同時執行標準化操作步驟，確保軸承系統運行效益。第三，通過軸向監測保護裝置能夠檢測軸承運行狀態。檢測因子包括汽輪機運行速度、摩擦大小以及運行時間等。一般情況下，振動監測系統在標準時間段內可以顯示不同軸封位置的系統壓力，同時分析溫度與氣壓力關系。當處于高壓、高溫條件時，系統可以自動報警，為工作人員提供警報信息，使人員能夠盡早優化監控設備，爭取故障排查和處理的時間。

3.5 完善軸承自動裝置，密切監視和調整軸封

改進軸封自動裝置時，應以套筒間隙為基準調整軸封間隙，采用反復試驗方式確保輪封距離調整到位，同時利用壓差法調整軸封裝置壓力差。應用高效過濾設備能夠避免水軸蓋水分流出，同時可以消除蒸汽、冷凝水，使軸蓋處于正常壓力狀態，維護蒸汽質量。通過應用自動化裝置能夠保障機器軸封管理效果。軸承運行狀態下，完善自動化裝置有助于加大軸封功率，防止發生滾動壓力導致機械振動不穩定的問題。

3.6 加強潤滑油系統保護，做好油質監督

需優化改進潤滑油系統鏈條保護系統，同時監控潤滑油帶水現象。圖2為汽機油系統框架圖。第一，按照油冷卻器的標準要求，確保操作規范性。油冷卻器壓力必須低于冷水壓力，且通過機油壓力維護冷卻器。設備裝置維護時，應當注重定期化監測，確保油冷卻器檢修與養護的科學化，防止潤滑油泄漏。注重檢查潤滑油質量，以免積累大量油污雜質影響潤滑油系統運行效果。第二，在監測潤滑油壓力時，可以建立聯鎖保護裝置，以確保潤滑油供給系統正常運行。

圖2 汽機油系統框架圖

3.7 凝汽器達到最佳真空狀態

為了確保汽輪機正常運行，使凝汽器處于真空狀態，必須注意以下幾個方面。第一，工作人員應當科學看待凝汽器裝置，在全方位封閉條件下加大檢查與管護力度，以免出現泄漏問題影響凝汽器真空效果。第二，工作人員應當實時檢查水泵，合理控制水溫，將水泵水溫控制在26 ℃以內。通過檢查與排查及時發現問題，并及時采取措施予以處理，維護水泵運行正常化。第三，保證循環水達標，實時監測循環水工作狀態，去除水體雜質，提升循環水系統運行率與質量。第四，合理控制水位，既可以提升汽輪機工作效率，又可以減少煤炭資源浪費。

3.8 提高操作人員的技術水平

在火電廠運行管理中，必須全面提升操作人員的技能水平，確保其遵循標準要求開展檢查與操作工作。要加強操作人員的事故處理能力，全面縮小事故處理范圍。按照實際情況，操作人員應制定詳細的應急處理計劃，以免出現故障遺留問題，維護裝置運行穩定性。此外，操作人員還應當定期監測和分析設備性能與功能，加大設備維護保養力度。

3.9 其他改進措施

第一，控制油箱。機油系統、油箱系統運行期間，應當落實標準操作要求，避免產生誤操作行為。定期檢查油箱，注重廢舊油液的排放與過濾處理。定期調節燃油箱排氣扇進氣門，使燃油箱內部處于負壓狀態，確保油氣正常分離。第二，控制輔助油泵。在停止和啟動渦輪前，測試所有輔助油泵。啟動前注重測試油泵鏈，定期檢查油泵性能，保障輔助油泵穩定。第三，油冷卻器。在操作油冷卻器前，應當確保裝置性能完好。關閉油冷卻器前，必須控制潤滑油油壓，確保油溫穩定，以免影響冷卻器運行。為了防止冷卻水進入冷卻器油側，應當調整油壓，避免油壓升高導致冷卻水壓力升高。在啟動和關閉機器時，應當確保冷卻水壓力無變化，同時檢查冷油器械泄漏情況。第四，渦輪軸承溫度控制在標準范圍內，如果溫度持續升高，則嚴禁檢查裝置。同時，當燃料燃盡和水沖擊較大時，應當立即停機檢查。安全隱患消除后，才可以開機運行。此外，制定標準化檢查流程，確保裝置檢修與養護的全面性，以免遺留故障問題。第五，機械運行過程中，技術人員應當密切監視軸承振動問題。當軸承發出警報且振動明顯升高時，需要降低機械負荷，將其恢復至開機前負荷狀態。

4 結語

軸承是汽輪機的重要組成部件，因此必須確保其運行穩定，以提高運行效率。因此，利用信息化技術建立軸承運行監測系統，深入分析汽輪機軸承振動異常原因，提出了相應的解決措施。同時，相關工作人員應加大維護與養護力度，保障汽輪機處于安全穩定運行狀態。