王曉臻

摘 要：引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因繁多，近年來(lái)，隨著大容量火力發(fā)電機(jī)組的大量投運(yùn)，汽輪機(jī)的制造、安裝水平不斷提高，以往一些引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因逐漸突顯出來(lái)。實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合現(xiàn)有資料，綜合分析振動(dòng)現(xiàn)象和檢修信息，找出大致規(guī)律，采取運(yùn)行調(diào)整措施，部分振動(dòng)問題能得到有效控制。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；振動(dòng)；分析

引言

大型燃煤火電廠用汽輪機(jī)主要分為帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的主汽輪機(jī)（簡(jiǎn)稱大機(jī)），和帶動(dòng)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行的小汽輪機(jī)（簡(jiǎn)稱小機(jī)）。大小機(jī)原理相同，但類型不同，運(yùn)行轉(zhuǎn)速不同，同樣作為高速轉(zhuǎn)機(jī)，都會(huì)遇到不同類型的振動(dòng)問題，文章總結(jié)某電廠自調(diào)試以來(lái)遇到的多起不同原因引起的大小機(jī)振動(dòng)問題，通過現(xiàn)象淺析原因，對(duì)其它機(jī)組有借鑒意義。

1 大機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)

主要現(xiàn)象為大機(jī)在額定主蒸汽壓力工況，當(dāng)負(fù)荷高于某一較高數(shù)值時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子兩端的#1、2軸振出現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)，振幅多次超過報(bào)警值，并且振動(dòng)以低頻為主。針對(duì)此情況，現(xiàn)場(chǎng)通過緩慢調(diào)整改變高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)汽順序，軸振動(dòng)幅值重新回到正常范圍。但由于閥序的改變，蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子的作用力發(fā)生變化，導(dǎo)致#1、2軸承金屬溫度大幅升高，但在滿負(fù)荷時(shí)仍在可控范圍內(nèi)。閥序改變前后數(shù)據(jù)詳見表1。

類似這種隨機(jī)波動(dòng)及振動(dòng)以低頻為主的特點(diǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析判斷，此類振動(dòng)屬于蒸汽激勵(lì)振動(dòng)[1]。調(diào)節(jié)閥的進(jìn)汽順序和開啟大小是可能導(dǎo)致蒸汽激勵(lì)振動(dòng)的一個(gè)重要原因，其它原因還包括軸系膨脹不均或受力不均等。

對(duì)出現(xiàn)上述振動(dòng)情況的機(jī)組，采取調(diào)整高壓調(diào)閥進(jìn)汽順序是成本較低的一種方法，但要綜合考慮調(diào)整過后對(duì)軸承受力和低壓軸系的影響，要想徹底解決此類問題，還要從設(shè)計(jì)入手，從源頭抓起，改進(jìn)軸系穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，減小或消除蒸汽激振力，提高軸系穩(wěn)定性。

2 大機(jī)#6軸承振動(dòng)

此類振動(dòng)表現(xiàn)為低壓轉(zhuǎn)子#6軸承在穩(wěn)定運(yùn)行或帶負(fù)荷過程出現(xiàn)振動(dòng)爬升現(xiàn)象，而且與真空、低壓軸封溫度、油溫有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，低真空度能使振動(dòng)有所好轉(zhuǎn)。就座缸式軸承的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，#6軸承振動(dòng)不穩(wěn)定與低壓臺(tái)板面的安裝狀態(tài)有很大關(guān)系，臺(tái)板面安裝質(zhì)量不好會(huì)導(dǎo)致熱態(tài)下臺(tái)板面產(chǎn)生間隙，從而導(dǎo)致連接剛度的下降，進(jìn)而導(dǎo)致軸承箱整體支撐剛度的下降，受低壓缸高真空度的作用，缸體容易產(chǎn)生變形。如果變形量過大，則引發(fā)低壓轉(zhuǎn)子端部軸封段動(dòng)靜碰摩，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)爬升和劇烈波動(dòng)。這種情況下的振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。按設(shè)計(jì)要求調(diào)整#6軸承箱附件臺(tái)板面安裝狀態(tài)是根本解決之道。在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，適當(dāng)降低機(jī)組真空度，對(duì)振動(dòng)具有很大程度緩和作用，但降低了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。適當(dāng)升高潤(rùn)滑油溫度，增加油膜剛度也是可采取的措施之一。

3 轉(zhuǎn)子不對(duì)中引起的振動(dòng)

聯(lián)軸器是連接不同轉(zhuǎn)子使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械設(shè)備，對(duì)存在聯(lián)軸器螺栓緊力不足或螺孔間隙偏大隱患的機(jī)組，當(dāng)負(fù)荷帶到某一數(shù)值（即軸系扭矩增加到一定值）時(shí)，聯(lián)軸器會(huì)發(fā)生相互錯(cuò)位，使軸系對(duì)中狀態(tài)發(fā)生變化，聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)（幅值、相位）會(huì)發(fā)生突變（此類型振動(dòng)現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子掉葉片現(xiàn)象有相同之處，都屬于突發(fā)振動(dòng)）。運(yùn)行中發(fā)生不對(duì)中引起的振動(dòng)具有突發(fā)性，一倍頻，發(fā)生在某一負(fù)荷點(diǎn)，相鄰軸承振動(dòng)變化可能反相等特點(diǎn)。

此類振動(dòng)如果發(fā)生在小機(jī)上，比較典型的現(xiàn)象是，非臨界轉(zhuǎn)速情況下，當(dāng)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)突增，當(dāng)高于這一轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)又出現(xiàn)較快下降。通過停運(yùn)小機(jī)，重新找中，問題得到根本解決。

4 動(dòng)靜碰磨引起的振動(dòng)

因節(jié)能降耗的要求，大部分電廠為降低機(jī)組熱耗，在檢修中往往把大小機(jī)軸封、汽封間隙調(diào)整至較小，因此在檢修后啟動(dòng)時(shí)機(jī)組發(fā)生輕微動(dòng)靜碰摩成為近幾年來(lái)較常見故障。此種情況下的振動(dòng)現(xiàn)象通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速不變，振動(dòng)副值逐漸爬升，振動(dòng)頻譜始終以一倍頻為主，且停機(jī)降速過程的振動(dòng)比升速過程大很多，是典型的摩擦振動(dòng)[2]。

當(dāng)上述情況都吻合時(shí)，在運(yùn)行中應(yīng)注意各項(xiàng)參數(shù)不要大幅度劇烈變化，如果振動(dòng)有爬升現(xiàn)象，應(yīng)注意檢查運(yùn)行參數(shù)是否有異（蒸汽溫度，真空、軸封溫度等），在振動(dòng)增大到一定程度后，可考慮降負(fù)荷、降轉(zhuǎn)速，直至停運(yùn)。待轉(zhuǎn)子冷卻一定時(shí)間后再次啟動(dòng)，緩慢升轉(zhuǎn)速，保持在某一轉(zhuǎn)速數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)，使碰磨部位自行磨損。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)遇到這種情況，需要全面分析、對(duì)故障的準(zhǔn)確判斷，必須防止過大的振動(dòng)造成大軸彎曲，嚴(yán)重的碰磨，必須揭缸消除碰磨接觸部位。在振動(dòng)較大且仍快速增大時(shí)，應(yīng)按照規(guī)程迅速采取必要措施，防止事故發(fā)生。

5 油膜渦動(dòng)

渦動(dòng)是轉(zhuǎn)子在作高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還環(huán)繞軸瓦某一中心作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子主要是由于油膜力的激勵(lì)作用而引起渦動(dòng)，則轉(zhuǎn)子軸頸的渦動(dòng)角速度將接近轉(zhuǎn)速的一半，故有時(shí)也稱之為“半速渦動(dòng)”。通過頻譜可以看出此類振動(dòng)發(fā)生時(shí)主要是0.5倍頻分量大幅升高，基頻分量基本不變。如果轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍以上時(shí)，半速渦動(dòng)頻率就有可能達(dá)到第一臨界轉(zhuǎn)速，此時(shí)會(huì)發(fā)生共振，造成振幅突增，半頻諧波振幅值增大到接近或超過基頻振幅。

油膜渦動(dòng)的起始失穩(wěn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的載荷有關(guān)[3]，輕載轉(zhuǎn)子在第一臨界轉(zhuǎn)速之前就可能發(fā)生不穩(wěn)定的半速渦動(dòng)，但振幅相對(duì)較?。划?dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子由于共振而有較大的振幅；越過第一臨界轉(zhuǎn)速后振幅再次減少。對(duì)于重載轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性較好，低轉(zhuǎn)速時(shí)并不存在半速渦動(dòng)現(xiàn)象，甚至轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，也不會(huì)立即發(fā)生很大的振動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速之后的某一轉(zhuǎn)速時(shí)，才發(fā)生突振。

某廠1A汽泵組在檢修后滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)發(fā)生的突發(fā)性周期振動(dòng)就屬于這類振動(dòng)，具體現(xiàn)象為機(jī)組滿負(fù)荷600MW時(shí)，1A汽泵泵體端振動(dòng)突然上升一倍，持續(xù)十幾秒到兩分鐘后，未經(jīng)任何調(diào)整，自動(dòng)恢復(fù)正常。通過檢查TDM系統(tǒng)1A汽泵振動(dòng)頻譜圖，發(fā)現(xiàn)#4軸承振動(dòng)突升時(shí)，4X通頻值73.1μm，此時(shí)1倍頻為22μm，2倍頻為1.0μm，0.5倍頻為4.9μm，0.6倍頻為53.0μm；4Y通頻值41.0μm， 1倍頻為9.2μm，2倍頻為0.5μm，0.5倍頻為3.8μm，0.6倍頻為30.1μm。據(jù)此基本可以判斷軸瓦出現(xiàn)了油膜渦動(dòng)引起的自激振動(dòng)，振動(dòng)尚能收斂，振動(dòng)最大值80μm左右。振動(dòng)趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 1A汽泵油膜渦動(dòng)趨勢(shì)

在處理上，一方面通過提高潤(rùn)滑油溫度緩解油膜渦動(dòng)，延長(zhǎng)振動(dòng)周期，另一方面利用夜間停泵，調(diào)整軸瓦間隙，增加軸承承載能力，該振動(dòng)現(xiàn)象得到根本解決。

6 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)的振動(dòng)研究涉及知識(shí)面廣，系統(tǒng)分析計(jì)算復(fù)雜，相同的振動(dòng)現(xiàn)象也有可能是多種因素共同作用的結(jié)果。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，作為技術(shù)人員，除了對(duì)各類信息的綜合判斷，還要心懷敬畏。通過對(duì)五類汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象的描述，分析振動(dòng)原因和解決方法，為同類型機(jī)組振動(dòng)問題提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]袁惠群.轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].冶金工業(yè)出版社，2013.

[2]丁千，陳予恕.汽輪發(fā)電機(jī)組摩擦振動(dòng)研究現(xiàn)狀[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2005（5）：321-323.

[3]張煜.汽輪發(fā)電機(jī)組油膜失穩(wěn)故障分析及診斷方法研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.