董偉光

摘 要：在各種可再生能源發(fā)電類型中，生物質(zhì)能電廠是最具有產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；熬暗陌l(fā)電方式，所以需要對生物質(zhì)能電廠汽輪機的運行保持密切關(guān)注，對其典型的振動故障進(jìn)行分析總結(jié)。本文針對目前電廠汽輪機的幾種典型振動故障進(jìn)行了分析，說明了振動故障的成因、特點及解決方案，并進(jìn)行了案例說明，可以為類似振動故障的解決提供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；汽輪機；典型振動故障；動不平衡；故障分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.154

1 引言

目前我國發(fā)電的主要形式為汽輪機帶動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電，并且在可以預(yù)見的時期內(nèi)還將是主要發(fā)電形式。在各種可再生能源發(fā)電類型中，生物質(zhì)能電廠是最具有產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；熬暗陌l(fā)電方式，其燃料來源廣泛、可靠性高、持續(xù)性好，并且可以減少二氧化碳排放。但是不同于常規(guī)大型發(fā)電機組的汽輪機，應(yīng)用于生物質(zhì)能電廠的汽輪機有其自身特點的運行方式，所以也需要針對其自身情況來分析其典型振動故障，為汽輪機的安全運行提供各種數(shù)據(jù)支撐。

2 典型故障分析

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障

（1）故障說明：這種故障是發(fā)電機組中最常見的故障，占比高達(dá)80%左右。在工程實際中，由于多種原因，比如材料不均勻以及設(shè)計、制造與安裝導(dǎo)致的偏差，使得轉(zhuǎn)子的慣性主軸和旋轉(zhuǎn)軸線存在一定的偏差，由此會產(chǎn)生一個離心力。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，此離心力的大小將與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和偏心距的乘積成正比，稱之為不平衡量，見公式1。主要分為由原始質(zhì)量不平衡引起的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡與由轉(zhuǎn)動部件的松動脫落引起的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。

公式中，：為不平衡質(zhì)量；：為偏心距；：為轉(zhuǎn)動的角速度；

（2）主要特征：①轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的振動以工頻為主，但是存在較小的高次諧波；②當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，振動的振幅與相位也是一定的；③當(dāng)重復(fù)啟動時，此振動現(xiàn)象能夠重復(fù)出現(xiàn)；④此種振動隨著機組負(fù)荷的變化不會出現(xiàn)明顯改變；⑤轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障時的軸心運動軌跡一般為橢圓形。

（3）案例分析：某電廠對200MW機組進(jìn)行大修后啟動，當(dāng)升到2600rpm時，#3軸承附近出現(xiàn)異常響動，后停機檢查發(fā)現(xiàn)了平衡塊脫落現(xiàn)象。經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，平衡塊的脫落導(dǎo)致了軸振與瓦振的相位變化了約60°，軸振振幅增加了40μm，瓦振振幅增加了6μm。

2.2 轉(zhuǎn)子熱彎曲故障

（1）故障說明：轉(zhuǎn)子熱彎曲主要是指當(dāng)轉(zhuǎn)子受熱后出現(xiàn)的彎曲，它將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)發(fā)生改變，所以又可稱之為熱不平衡，一般汽輪機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱彎曲的主要原因：包括轉(zhuǎn)子的材料不均勻，內(nèi)應(yīng)力過大；轉(zhuǎn)子存在徑向方向的不對稱溫度差；轉(zhuǎn)子長時間與溫度較低物體接觸；存在動靜摩擦等。

（2）主要特征：①轉(zhuǎn)子熱彎曲故障的振動為工頻；②振幅變化比較連續(xù)，不會出現(xiàn)跳躍式的改變，但是其相位不穩(wěn)定；③轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動隨轉(zhuǎn)速的改變會出現(xiàn)明顯變化；④轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動隨負(fù)荷的改變會出現(xiàn)明顯變化；⑤在停機過程中，轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動會明顯高于啟動過程中的振動。

（3）解決措施：當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱彎曲故障時，如果此時的振動沒有超過規(guī)定限制，那么此時可以允許轉(zhuǎn)子繼續(xù)運行。當(dāng)振動超過限值時，如果振動的增量相對不大并且較為穩(wěn)定的話，可以對轉(zhuǎn)子進(jìn)行熱平衡，目的是補償一部分熱彎曲產(chǎn)生的質(zhì)量不平衡。

2.3 動靜碰摩故障

（1）故障原因：引起動靜碰摩的主要原因包括：基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻下沉以及汽缸出現(xiàn)跑偏；蒸汽溫度出現(xiàn)明顯劇烈變化；汽缸的保溫措施不當(dāng)；排汽缸出現(xiàn)快速加熱與冷卻狀況；汽封出現(xiàn)損壞；機組暖機不充分；機組出現(xiàn)劇烈晃動等。

（2）解決措施：解決轉(zhuǎn)子動靜碰摩最有效的措施就是在保證安全的前提下進(jìn)行一定程度的“磨合”。當(dāng)在啟動時，如果在臨界轉(zhuǎn)速以下發(fā)生碰摩，應(yīng)該立即停機并進(jìn)行盤車；如果發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上，那么應(yīng)該在可控的某一轉(zhuǎn)速下進(jìn)行停留，磨合間隙，待振動正常后再繼續(xù)升速。當(dāng)在帶負(fù)荷階段，只要振動能夠保持在一定范圍內(nèi)，就可以嚴(yán)密觀察，來允許轉(zhuǎn)子自行磨合出一定間隙；而如果在此過程中，轉(zhuǎn)子的振動不斷增加，就需要降低負(fù)荷或者直接停機來保證機組安全。

（3）案例分析：某電廠#1號機組在1997年大修后啟動過程中，出現(xiàn)了低壓轉(zhuǎn)子振動持續(xù)增加，且轉(zhuǎn)子無法定速的現(xiàn)象，經(jīng)初步判斷存在動靜摩擦，且是由于動不平衡產(chǎn)生的。在低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電側(cè)進(jìn)行多次加重后，振動值大幅下降，機組同時定速并網(wǎng)。

2.4 自激振動故障

（1）故障說明：此種振動故障是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)自身的運動而引起的振動，與之相對的是強迫振動。主要包括由軸承油膜力導(dǎo)致的自激振動和由蒸汽力引起的氣流激振。自激振動一般發(fā)生在機組啟動升速過程中，當(dāng)機組升速到某一轉(zhuǎn)速時，軸承軸瓦的振動值會突然增大，此轉(zhuǎn)速一般稱之為失穩(wěn)轉(zhuǎn)速，主要包括半速渦動與油膜振蕩。而引起自激振動的主要原因包括軸徑擾動過大、轉(zhuǎn)子熱彎曲與轉(zhuǎn)子永久彎曲、軸承座剛度過大等。

（2）主要特征：①振動突增；②振幅增加后持續(xù)不穩(wěn)定；③其與機組負(fù)荷關(guān)系不大；④機組存在異常聲響；⑤一般存在與工頻成一定比例的低頻分量。

根據(jù)其表現(xiàn)特征，可以通過提高油溫、調(diào)整轉(zhuǎn)子中心、調(diào)整軸承頂隙與比壓等措施來解決。發(fā)生的主要原因包括轉(zhuǎn)子與汽缸的同心度偏差比較大、動靜葉之間的軸向間隙比較大、轉(zhuǎn)子不平衡、軸瓦穩(wěn)定性比較差等等。當(dāng)發(fā)生此種故障時，可以通過增加軸瓦比壓、減小蒸汽靜態(tài)力、減小蒸汽激振力、減小軸瓦間隙、擴(kuò)大兩側(cè)間隙、降低潤滑油粘度以及增大上軸瓦的軸襯寬度等措施來解決。

2.5 其他振動故障

除了以上四種常見故障外，發(fā)電廠汽輪機一般還會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對中、支撐松動、結(jié)構(gòu)共振、轉(zhuǎn)子裂紋等多種故障，在進(jìn)行判斷時，需要根據(jù)機組出現(xiàn)的現(xiàn)象、結(jié)合數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行綜合判斷。

3 結(jié)論

本文針對目前電廠汽輪機的幾種典型振動故障進(jìn)行了分析，包括質(zhì)量不平衡故障、轉(zhuǎn)子熱彎曲故障、動靜碰摩故障以及自激振動故障燈，說明了振動故障的成因、特點及解決方案，可以為類似振動故障的解決提供參考。

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