汽輪機(jī)震動(dòng)的原因及處理分析

申宏偉

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電公司方山發(fā)電廠，山西 呂梁 033000）

引言

電力能源是推動(dòng)國(guó)家發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為了確保全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國(guó)民用電的需求，加強(qiáng)熱電廠汽輪機(jī)組維修、養(yǎng)護(hù)工作，保證城市能夠正常供電，是電廠最重要的工作。汽輪機(jī)組在工作的過(guò)程中，無(wú)法避免會(huì)存在一定的震動(dòng)，當(dāng)震動(dòng)超出一定范圍時(shí)，震動(dòng)會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生極大的損害，因此，針對(duì)汽輪機(jī)震動(dòng)原因及處理措施展開(kāi)分析。

1 汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

一般情況，汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停止的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)。汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停止的過(guò)程中由靜態(tài)轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)，或由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變成靜態(tài)，其扭矩突變會(huì)產(chǎn)生很大震動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至工作轉(zhuǎn)速的時(shí)，機(jī)組會(huì)由劇烈地震動(dòng)轉(zhuǎn)變成正常震動(dòng)。引發(fā)汽輪機(jī)震動(dòng)原因較多，但主要的原因是制造存在缺陷、安裝存在問(wèn)題、運(yùn)行的管理與檢修能力不高。

1.1 由于運(yùn)行過(guò)程機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心偏離導(dǎo)致震動(dòng)

1）汽輪機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候，如果暖機(jī)的時(shí)間不足，負(fù)載增加或者升速過(guò)快，將會(huì)導(dǎo)致氣缸熱膨脹或者系統(tǒng)調(diào)節(jié)不均，使得氣缸無(wú)法自由膨脹，使轉(zhuǎn)子與氣缸產(chǎn)生變形，導(dǎo)致工作中產(chǎn)生震動(dòng)。

2）汽輪機(jī)在工作過(guò)程中，如果真空下降，會(huì)造成排氣的溫度過(guò)高，機(jī)組后軸承將抬高，最終機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生偏差引發(fā)震動(dòng)。

3）汽輪機(jī)在進(jìn)行大修后，其靠背輪的安裝不正確，即中心位置不準(zhǔn)，從而在工作時(shí)發(fā)生震動(dòng)，并且，震動(dòng)會(huì)隨著負(fù)荷的不斷增加，震動(dòng)也隨之增大。

4）當(dāng)汽輪機(jī)在進(jìn)氣溫度過(guò)高情況下工作時(shí)，其氣缸與機(jī)組膨脹會(huì)變大，軸封會(huì)抬起等，這些情況會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的軸向出現(xiàn)位移，從而造成震動(dòng)。

5

）當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)子由于各種原因?qū)е職飧淄亩劝l(fā)生偏移，機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)間歇性震動(dòng)[1]。

1.2 由于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的偏差產(chǎn)生震動(dòng)

1）運(yùn)動(dòng)中汽輪機(jī)葉片發(fā)生折斷、結(jié)垢、腐蝕、磨損不均、脫落等情況，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不平衡的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不平衡或者繞組出現(xiàn)松動(dòng)情況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。因?yàn)樯鲜龅脑颍啓C(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)受到不平衡造成的離心作用力，離心力的不斷作用，會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生震動(dòng)，如圖1所示。

圖1 軸不平衡震動(dòng)示意圖

2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彈性彎曲，由于彎曲導(dǎo)致震動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲，機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)因?yàn)椴黄胶猱a(chǎn)生震動(dòng)的特點(diǎn)，與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡引發(fā)震動(dòng)相似，其不同點(diǎn)為震動(dòng)是軸向的震動(dòng)，特別是在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，震動(dòng)的幅度最明顯[2]，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子彎曲示意圖

3）軸承的油膜被破壞或者不穩(wěn)定而引發(fā)震動(dòng)。轉(zhuǎn)子軸承的油膜被破壞或者不穩(wěn)定，會(huì)造成軸瓦表面鎢合金融化，從而引發(fā)軸受熱變形彎曲，最終導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生震動(dòng)。

4）汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生摩擦引起機(jī)組震動(dòng)。燃?xì)鈾C(jī)葉片與導(dǎo)向的葉片產(chǎn)生摩擦，或者安裝存在問(wèn)題，葉片發(fā)生變形、隔板出現(xiàn)彎曲，軸徑和軸承配合間隙過(guò)小等，都會(huì)由于摩擦引發(fā)震動(dòng)。

5）水沖擊導(dǎo)致震動(dòng)。在汽輪機(jī)工作過(guò)程中，蒸汽中存在一定量的水進(jìn)入汽缸內(nèi)，造成水沖擊，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的軸向力加大，產(chǎn)生不平衡的扭力，造成旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子發(fā)生劇烈震動(dòng)，最終將推力軸承燒毀。

2 汽輪機(jī)組產(chǎn)生震動(dòng)的危害

汽輪機(jī)組是熱電廠最重要的設(shè)備，當(dāng)汽輪機(jī)組發(fā)生超出規(guī)定的震動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)電廠整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成致命的影響，輕則造成發(fā)電質(zhì)量的降低，重則造成發(fā)電廠無(wú)法供電[3]。汽輪機(jī)組發(fā)生震動(dòng)造成的危害如下：

2.1 汽輪機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸封發(fā)生嚴(yán)重磨損

當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子端部軸承會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，發(fā)電機(jī)組整體密封性能將會(huì)遭到破壞，最終會(huì)造成低壓缸進(jìn)入空氣等問(wèn)題。當(dāng)機(jī)組發(fā)生密封破壞的同時(shí)，如果沒(méi)有采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制時(shí)，將會(huì)造成高壓端的軸封密封不嚴(yán)泄漏，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子相應(yīng)部位發(fā)生高溫受熱，因部分位置高溫受熱，造成轉(zhuǎn)子彎曲，如圖3所示。

圖3 端部軸承磨損

密封的破壞，會(huì)對(duì)軸系表面潤(rùn)滑膜造成破壞，降低了軸系的潤(rùn)滑效果，致使軸瓦表面鎢合金發(fā)生融化現(xiàn)象。另外，由于密封的破壞，也導(dǎo)致機(jī)組漏氣降低機(jī)械效率，造成了能源的浪費(fèi)[4]。

2.2 汽輪機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致隔板之間氣封磨損

當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)時(shí)，隔板之間氣封會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的情況，會(huì)加大機(jī)組的漏氣，造成轉(zhuǎn)子軸向力不斷加大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子端部的推力瓦受力嚴(yán)重，推力瓦表面的鎢合金發(fā)生融化情況。

2.3 震動(dòng)造成熱電廠經(jīng)濟(jì)性能降低

汽輪機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，機(jī)械能又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，因此，發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生熱能越高，發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率就越高，經(jīng)濟(jì)效益也越高。當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)氣封的間隙不大時(shí)，汽輪機(jī)熱效率就會(huì)高，反之，由于氣封間隙過(guò)大導(dǎo)致漏氣，會(huì)降低汽輪機(jī)的熱效率。汽輪機(jī)氣封的間隙大小，與機(jī)組震動(dòng)情況存在直接關(guān)系，如震動(dòng)太大，會(huì)增大氣封的間隙，造成機(jī)組熱效率降低，最終降低了電廠的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

2.4 震動(dòng)會(huì)間接、直接導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障

汽輪機(jī)的震動(dòng)如果過(guò)大，會(huì)造成汽輪機(jī)組上儀表、傳感器等控制檢測(cè)設(shè)備不能正常的工作，工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，致使汽輪機(jī)發(fā)生停機(jī)等事故。另外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在震動(dòng)的作用下，會(huì)出現(xiàn)絕緣損壞，發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中，由于絕緣的損壞，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組整體溫度的升高，致使繞組因高溫?zé)龤Ф搪罚斐砂l(fā)電機(jī)報(bào)廢。

汽輪機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)故障，是汽輪機(jī)維護(hù)中最難的問(wèn)題，因?yàn)槠啓C(jī)的震動(dòng)引發(fā)原因是多種多樣的[6]。我們要想解決汽輪機(jī)的震動(dòng)故障，就必須找出產(chǎn)生震動(dòng)的原因，根據(jù)產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，通過(guò)分析結(jié)果才能制定相應(yīng)的措施。

3 針對(duì)機(jī)組震動(dòng)所采取的措施

1）汽輪機(jī)震動(dòng)缺陷，主要是通過(guò)一些故障信號(hào)反映出來(lái)。安裝新的汽輪機(jī)或維修后的汽輪機(jī)，一定要通過(guò)試運(yùn)行以及進(jìn)行各項(xiàng)震動(dòng)測(cè)試合格以后，才能投送運(yùn)行。當(dāng)測(cè)試震動(dòng)超出規(guī)定時(shí)，要及時(shí)查找出原因，并根據(jù)情況采取措施，將震動(dòng)降低在規(guī)定范圍之內(nèi)，當(dāng)震動(dòng)恢復(fù)合格后才能投入運(yùn)行。

2）制定相應(yīng)檢測(cè)措施。安裝相應(yīng)震動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中震動(dòng)的情況，如果震動(dòng)幅值超過(guò)規(guī)定，檢測(cè)裝置將發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員采取措施，防止發(fā)生重大事故。要加大震動(dòng)的監(jiān)控，要將監(jiān)測(cè)震動(dòng)常態(tài)化與制度化，要達(dá)到震動(dòng)幅值超出規(guī)定前，能夠及時(shí)將汽輪機(jī)停機(jī)，防止事故的擴(kuò)大[7]。

3）使用相應(yīng)傳感器有效進(jìn)行保護(hù)。在汽輪機(jī)經(jīng)常發(fā)生震動(dòng)的部位安裝傳感器，這樣能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到各部位震動(dòng)發(fā)生的情況，根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)發(fā)送的震動(dòng)信號(hào)，操作人員能夠隨時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行情況，并且，控制設(shè)備能夠根據(jù)傳感器采集的信號(hào)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)發(fā)生震動(dòng)危害巨大，它不僅降低機(jī)組壽命，嚴(yán)重影響正常供電，甚至?xí)斐善啓C(jī)報(bào)廢。所以，采取合理、科學(xué)的方法與措施，減少、避免機(jī)組出現(xiàn)震動(dòng)。新機(jī)接收前，要對(duì)機(jī)組進(jìn)行各項(xiàng)震動(dòng)測(cè)試，必須合格以后再進(jìn)行裝機(jī)運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行生產(chǎn)中，監(jiān)測(cè)震動(dòng)要實(shí)施常態(tài)化與制度化，要嚴(yán)格控制、監(jiān)測(cè)機(jī)組震動(dòng)情況，要對(duì)產(chǎn)生的震動(dòng)原因?qū)嵭锌茖W(xué)化的分析，確保汽輪機(jī)正常運(yùn)行。