(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司 湖南 長沙 410000)

火電廠大型汽輪發(fā)電機組振動故障診斷分析

張旭

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司湖南長沙410000)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，大型汽輪發(fā)電機組的應(yīng)用率逐漸提升，在火電廠生產(chǎn)中，對于大型汽輪發(fā)電機組運行效率、經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求逐漸提升。振動故障是大型汽輪發(fā)電機組運行常見故障，只有對故障問題進(jìn)行詳細(xì)分析，才能夠及時排除故障。對此，本文首先對火電廠大型汽輪發(fā)電機組振動故障類型、特征進(jìn)行分析，然后對振動故障的危害性進(jìn)行了介紹，并對振動故障診斷分析策略進(jìn)行詳細(xì)探究。

汽輪機振動；表現(xiàn)特征；高中壓轉(zhuǎn)子彎曲；運行故障

一、引言

在火電廠大型汽輪機發(fā)電機組運行過程中，汽輪機能夠?qū)⒃瓌訖C的蒸汽動力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動力，在力矩作用下，轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)。在此過程中，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸中心與質(zhì)量中心偏離，則會產(chǎn)生一個離心偏向力，進(jìn)而發(fā)生振動問題，影響汽輪機運行穩(wěn)定性。因此，對火電廠大型汽輪機發(fā)電機組運行故障進(jìn)行詳細(xì)分析迫在眉睫。

二、火電廠大型汽輪發(fā)電機組振動故障概述

大型汽輪發(fā)電機組振動類型有很多種，一般可以分為強迫振動和自激振動兩種，其中，對于強迫振動，又可以將其分為分諧波共振、隨機振動、普通強迫振動、撞擊震動、高次諧波共振等等，而對于自激振動，可以將其分為摩擦渦動、軸瓦自激振動、汽流激振等等。根據(jù)振動問題的產(chǎn)生原因，可以將其分為機械振動和電磁振動兩種類型。由此可見，造成汽輪機發(fā)生振動問題的原因有很多種，在故障處理過程中，首先需要對振動問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，然后再制定相應(yīng)的消振策略。

三、火電廠大型汽輪發(fā)電機組振動故障的產(chǎn)生原因和診斷分析

(一)高中壓轉(zhuǎn)子彎曲

造成火電廠大型汽輪發(fā)電機高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲是因為轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性比較差，而轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性降低的原因包括以下幾點：第一，轉(zhuǎn)子生產(chǎn)質(zhì)量不合格；第二，在轉(zhuǎn)子運行過程中發(fā)生斷落，導(dǎo)致其平衡性降低，常見有撓性轉(zhuǎn)子葉片斷落。高中壓轉(zhuǎn)子彎曲所產(chǎn)生的振動現(xiàn)象如下：在汽輪發(fā)電機組運行過程中，會產(chǎn)生聲響，如果振動問題突然增加，則軸向位移量也會隨之增加，進(jìn)而造成軸瓦運行溫度、推力瓦溫度提升，如果葉片掉落至抽汽管道中，則會造成逆止門卡澀，導(dǎo)致振動問題越來越嚴(yán)重。上述故障問題均是由于轉(zhuǎn)子平衡性降低所造成的。在故障分析過程中，需要對葉片質(zhì)量、是否發(fā)生雜物掉落、汽缸零部件是否發(fā)生脫落、轉(zhuǎn)子低周波運行等進(jìn)行診斷分析。

(二)機組膨脹不均勻

在火電廠大型汽輪機組運行過程中，為了保障機組正常運行，需要采用滑銷系統(tǒng)，通過應(yīng)用滑銷系統(tǒng)，能夠有效抑制大型汽輪發(fā)電機組的膨脹自由度。因此，如果滑銷系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生故障問題，就會造成機組振動。在汽輪機組運行過程中，如果工作人員操作失誤，則機組的受熱膨脹無法受到正常引導(dǎo)，比如，在汽輪機啟動過程中，需要對機組進(jìn)行暖機，在暖機過程中，需要逐漸增加負(fù)荷，在此過程中，如果轉(zhuǎn)子的升速過快或者沒有做到充分暖機，則會造成機組設(shè)備的受熱膨脹不同。在汽輪發(fā)電機組的不同構(gòu)件設(shè)備之間，都會產(chǎn)生熱應(yīng)力，不僅會對機械設(shè)備造成損傷，同時，還會縮短零件設(shè)備的使用壽命。另外，在不同組件之間，如果膨脹差比較大，則會對汽輪發(fā)電機組的正常開機過程以及運行穩(wěn)定性造成不良影響。除此以外，動靜碰磨也是汽輪機組產(chǎn)生振動問題的常見故障問題，而造成這一振動形式的原因主要是在汽輪機組開機過程中，沒有使得汽輪機充分膨脹。

(三)汽流激振

在火電廠大型汽輪發(fā)電機組運行過程中，如果葉片受到不均衡氣體的沖擊作用，就會使得葉片發(fā)生汽流激振。如果汽輪發(fā)電機組的末級葉片達(dá)到一定長度，則膨脹末端可能會產(chǎn)生流道紊亂問題，進(jìn)而產(chǎn)生振動。另外，軸封也會產(chǎn)生振動問題。由此可見，汽流激振的產(chǎn)生位置比較多，并且原因復(fù)雜，在進(jìn)行故障分析過程中，工作人員需要對機組運行數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括振動數(shù)據(jù)、滿負(fù)荷數(shù)據(jù)等等，然后根據(jù)數(shù)據(jù)制圖，通過曲線進(jìn)行比較分析。為了解決氣流激振故障問題，可以通過調(diào)整高壓調(diào)速汽門的方法，使得汽輪機組在運行過程中，處于不產(chǎn)生汽流激振的的負(fù)荷范圍內(nèi)。

四、火電廠大型汽輪發(fā)電機組振動故障診斷實例

(一)機組及振動情況簡介

某電廠1號機為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、反動凝汽式汽輪機，型號為CLN660-24．2/566/566，汽輪發(fā)電機組由高中壓缸、低壓缸A、低壓缸B、發(fā)電機、勵磁機組成。

2012年2月25日，1號機組因鍋爐側(cè)故障，機組發(fā)生甩450MW負(fù)荷，機組在停機惰走的過程中發(fā)生了振動增大現(xiàn)象，隨后機組投入盤車，停備狀態(tài)。2012年3月12日，1號機組啟動，啟動至額定轉(zhuǎn)速及帶負(fù)荷過程中，1號機組兩低壓轉(zhuǎn)子及勵磁機轉(zhuǎn)子振動超標(biāo)，機組振動出現(xiàn)報警。

(二)機組振動原因分析

汽輪發(fā)電機組的軸系由多轉(zhuǎn)子構(gòu)成，1號機組的軸系由5根轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子間的相互連接為靠背輪剛性連接。在汽輪發(fā)電機組運行的過程中，作用在每根轉(zhuǎn)子上的力矩分為3部分：首先是驅(qū)動轉(zhuǎn)子的蒸汽轉(zhuǎn)矩TT；其次是發(fā)電機負(fù)載反轉(zhuǎn)矩TL；第3個是葉輪和軸頸部位等之間的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf。

當(dāng)汽輪發(fā)電機組處于某功率運行時，轉(zhuǎn)子處于額定轉(zhuǎn)速，當(dāng)機組發(fā)生甩負(fù)荷時，發(fā)電機與電網(wǎng)解列，機組甩掉全部或部分負(fù)荷，TL=0或近似為0，由于力矩的瞬間不平衡誘發(fā)汽輪發(fā)電機組的軸系對中及各支持軸承的載荷重新分配，導(dǎo)致汽輪機發(fā)電機組的軸系振動有所上漲。

(三)機組振動故障的現(xiàn)場處理

通過現(xiàn)場對兩轉(zhuǎn)子實施反對稱配重來處理；由于勵磁機轉(zhuǎn)子單支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動在優(yōu)秀值范圍內(nèi)，故勵磁機轉(zhuǎn)子的振動可用單平面的質(zhì)量失衡來考慮。制定現(xiàn)場動平衡方案如下：低壓A轉(zhuǎn)子3、4號支撐軸承處末級葉輪平衡輪轂分別加重450g/80°、450g/260°；低壓B轉(zhuǎn)子5、6號支撐軸承處末級葉輪平衡輪轂分別加重450g/80°、450g/260°；勵磁機轉(zhuǎn)子末端平衡燕尾槽加重150g/130°，1號機組同時施加上述配重后，機組一次啟動成功，順利達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，軸系振動在優(yōu)秀范圍內(nèi)，機組帶負(fù)荷至400MW，振動的幅值相位變化不明顯。

五、結(jié)語

綜上所述，在火電廠大型汽輪發(fā)電機運行過程中，振動故障問題較為常見，振動問題不僅會產(chǎn)生噪音，對工作人員的身體健康造成不良影響，而且還會對機械設(shè)備造成損傷。對此，在進(jìn)行振動故障分析過程中，首先需要了解振動故障特征，確定故障發(fā)生位置，然后對故障發(fā)生位置的零件設(shè)備進(jìn)行檢查，確定故障問題的產(chǎn)生原因，然后以此為依據(jù)制定故障處理方案，這樣能夠有效解決汽輪機發(fā)電機組振動故障問題，保障其運行高效性。

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張旭(1970.09-)，男，湖南長沙，工程師，主要從事火力發(fā)電施工技術(shù)管理方面。