[摘要] 汽輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)對電廠安全而言具有十分重要的影響，汽輪機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)值的大小是評價(jià)機(jī)組運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。本文介紹了熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的危害，闡述了熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障的判斷流程，分析了熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因，提出了熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障的處理措施，為汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行工作提供了借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)異常振動(dòng);危害;判斷流程;原因;處理措施

汽輪機(jī)是熱電廠三大主要設(shè)備，汽輪機(jī)的啟動(dòng)是指汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)升速至額定轉(zhuǎn)速，并將負(fù)荷加到額定負(fù)荷的過程。汽輪機(jī)啟動(dòng)中零部件的熱應(yīng)力和熱疲勞、轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差、機(jī)組振動(dòng)變化很大，將嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。因此，完善汽輪機(jī)異常振動(dòng)處理措施，提高熱電廠機(jī)組運(yùn)行效率具有重要的意義。

1、熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的危害

汽輪機(jī)組的振動(dòng)是機(jī)組運(yùn)行必須要監(jiān)測的一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)楫?dāng)機(jī)組振動(dòng)超過規(guī)定的范圍時(shí)，將會(huì)引起設(shè)備的損壞，甚至造成嚴(yán)重后果。如果汽輪機(jī)振動(dòng)的幅度在規(guī)定的范圍內(nèi)，是不會(huì)對汽輪機(jī)的運(yùn)行和熱電廠的正常工作產(chǎn)生影響的，但是當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)將會(huì)對發(fā)電機(jī)組的安全性以及熱電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。因而汽輪機(jī)振動(dòng)也是熱電廠機(jī)械設(shè)備檢修的重要內(nèi)容。熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)，過大的振動(dòng)幅度有可能導(dǎo)致機(jī)組之間連接部位的零件松動(dòng)，會(huì)使葉片、圍帶、葉輪等各部件的應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生很大的交變應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞而損壞，增加了機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的安全隱患。②汽輪機(jī)振動(dòng)過大還會(huì)增大機(jī)組支撐零件以及發(fā)電機(jī)部分的摩擦，給汽輪機(jī)的本體造成損害，導(dǎo)致汽輪機(jī)使用壽命的縮減。③汽輪機(jī)異常振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致熱電廠發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量的降低，進(jìn)而影響熱電廠經(jīng)濟(jì)效益的提升。因此，機(jī)組運(yùn)行中要嚴(yán)格檢測其振動(dòng)值，從而避免不必要的損失。

2、熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障的判斷流程

導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)的原因有很多，當(dāng)熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障發(fā)生時(shí)，有以下步驟進(jìn)行。①首先對振動(dòng)的種類進(jìn)行確認(rèn)。主要是對振動(dòng)頻譜及外在特征進(jìn)行觀察，進(jìn)而將各類振動(dòng)進(jìn)行有序的分類。將所存在的故障的原因充分確認(rèn)之后，再實(shí)施判斷措施。②先對軸承座剛度進(jìn)行檢查，看是不是正常，然后對激振力故障原因進(jìn)行分析。③對轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，檢查是不是存在不平衡力、不平衡電磁力以及平直度偏差等故障，進(jìn)而對基于穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)是否存在進(jìn)行確認(rèn)，最終使故障類型能夠得到有效診斷。另外，在熱電廠汽輪機(jī)的振動(dòng)故障原因判斷中主要從振動(dòng)頻率、振動(dòng)穩(wěn)定性、振動(dòng)相位變化以及相鄰軸承的相位變化來進(jìn)一步作為判斷依據(jù)。具體來說，汽輪機(jī)的振動(dòng)頻率主要有三種，分別為1X、2X以及1/2X，每一種振動(dòng)頻率對應(yīng)不同的故障原因。而汽輪機(jī)異常振動(dòng)的穩(wěn)定性主要從振動(dòng)現(xiàn)象的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、勵(lì)磁電流強(qiáng)度、汽輪機(jī)表面溫度、異常振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間等參數(shù)來進(jìn)行具體判斷。而振動(dòng)相位的判斷主要是針對異常振動(dòng)過程中振動(dòng)相位是否發(fā)生變化以及變化的范圍。相鄰軸承相位的判斷則是根據(jù)相鄰軸承相位是出現(xiàn)相同或反相現(xiàn)象來進(jìn)行判斷。此外，還有由于汽輪機(jī)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的異常振動(dòng)。針對這一原因?qū)е碌漠惓Ｕ駝?dòng)需要工作人員能夠深入了解機(jī)組故障點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要第一時(shí)間判斷是否是由于故障點(diǎn)產(chǎn)生的問題，如果故障問題與故障點(diǎn)有關(guān)，那么就需要及時(shí)對故障點(diǎn)進(jìn)行處理。

3、熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因

3.1機(jī)組摩擦造成的異常振動(dòng)。①由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。②發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會(huì)急劇增大。③降速過臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測量大軸的晃度，比較原始值時(shí)明顯增加。摩擦振動(dòng)的機(jī)理：對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。

3.2油膜振蕩引發(fā)的異常振動(dòng)。汽輪機(jī)油膜對軸頸的作用力大于軸頸重力和科氏力的合力，使軸頸向上浮動(dòng)，產(chǎn)生弓形渦動(dòng)，伴隨著強(qiáng)烈的作用力集中到軸承的油膜上，慢慢的就會(huì)導(dǎo)致油膜的穩(wěn)定性降低并且開始出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)汽輪機(jī)開始正常運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)的軸頸在滑動(dòng)的軸承中帶動(dòng)潤滑油高速流動(dòng)，由于作用力與反作用力的影響，高速轉(zhuǎn)動(dòng)油流就會(huì)反過來作用軸頸，最終就會(huì)產(chǎn)生一種振蕩的現(xiàn)象。

3.3轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)，并定速帶負(fù)荷階段。當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)子溫度逐漸上升時(shí)，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的釋放會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子的熱變形，導(dǎo)致汽輪機(jī)振幅的大幅提高，同時(shí)相位也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)。汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子熱變形的原因有很多，包括中心孔進(jìn)油、氣缸進(jìn)水、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱變形后與轉(zhuǎn)子周圍部件的距離可能減小，這樣就會(huì)造成它們之間的氣壓增大，并大氣相互作用力支撐下，引發(fā)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。

3.4氣流激振導(dǎo)致的異常振動(dòng)。在熱電廠運(yùn)行過程中，氣流激振也是導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)的重要原因。氣流激振所引發(fā)的汽輪機(jī)振動(dòng)具有以下表現(xiàn)。①氣流激振低頻分量的值會(huì)出現(xiàn)異常的增大。②在機(jī)組運(yùn)行參數(shù)異常的變化及故障狀態(tài)下，汽輪機(jī)相關(guān)部分的振幅以及負(fù)荷也會(huì)出現(xiàn)增大，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)軸承發(fā)生損傷及異常振動(dòng)。其原因主要是由于葉片受到不均衡的氣體來流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振。對于大型機(jī)組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象，從而軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。

3.5軸承中心不正引起的異常振動(dòng)。①熱電廠汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，如暖機(jī)時(shí)間不夠，升速或加負(fù)荷太快進(jìn)行時(shí)，將引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)有卡澀，使汽缸不能自由膨脹，均會(huì)使汽缸對轉(zhuǎn)子發(fā)生相對歪斜，機(jī)組產(chǎn)生不正常的位移，造成振動(dòng)。②機(jī)組在運(yùn)行中若真空下降，將使排汽溫度升高，后軸承上抬，因而破壞機(jī)組的中心，引起振動(dòng)。③機(jī)組大修后靠背輪安裝不正確，中心沒有找準(zhǔn)確，因而運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，且此振動(dòng)是隨負(fù)荷的增加而增加。

4、熱電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障的處理措施

4.1機(jī)組摩擦異常振動(dòng)故障的處理。摩擦振動(dòng)在熱電廠汽輪機(jī)工作過程中是不可避免的，技術(shù)人員只能通過摩擦降低措施減輕摩擦振動(dòng)的影響。在例行檢查汽輪機(jī)時(shí)，針對內(nèi)部的各個(gè)組件進(jìn)行檢查，觀察部件之間是否存在摩擦，如果存在摩擦現(xiàn)象，確定是動(dòng)摩擦還是靜摩擦，這些都要分析清楚。此外，還要注意其在工作時(shí)，是否有摩擦聲傳出，聲音在超過一定范圍時(shí)，需要對其進(jìn)行檢修，并振動(dòng)的頻率也要符合規(guī)定。同時(shí)，要對汽輪機(jī)摩擦力較大的連接處定期更換潤滑油，對于使用時(shí)間過長的部件要進(jìn)行及時(shí)的修理或者是更換，可以通過合理的維護(hù)和保養(yǎng)，降低汽輪機(jī)部件的摩擦，降低摩擦振動(dòng)的不良影響。

4.2油膜振動(dòng)故障的處理。在油膜振蕩引發(fā)的汽輪機(jī)組軸承振動(dòng)過程中，熱電廠相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)油膜振蕩的原理，通過提高汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承可靠性的方法來對異常振動(dòng)進(jìn)行處理。①增加軸瓦比壓，有效控制油膜發(fā)生的振動(dòng)。②縮小軸瓦頂部的間隙，將上軸瓦的軸承合金寬度增加，這樣能有效減少振動(dòng)頻率。③將軸瓦和軸頸之間的接觸角度減少，當(dāng)減少到一定范圍后，其振動(dòng)就會(huì)減少。④在機(jī)組中添加合適的潤滑油是非常有必要的，潤滑油要選擇動(dòng)力粘度小的，這樣使用起來對機(jī)組的正面效益最大，可以極大的促進(jìn)機(jī)組的工作效率，還不會(huì)有負(fù)面影響。⑤利用平衡力原理，把設(shè)備中存在的不平衡力降到最低，當(dāng)其相互平衡后，就不會(huì)發(fā)生加大位移，進(jìn)而出現(xiàn)振動(dòng)的概率降低。

4.3轉(zhuǎn)子熱變形振動(dòng)故障的處理。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作區(qū)域在蒸汽區(qū)，因此熱彎曲故障的發(fā)生較為常見。針對轉(zhuǎn)子熱變形引起的汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象，可以采取以下措施。①最初的汽輪機(jī)制作過程中下功夫，在制作汽輪機(jī)時(shí)，對于汽輪機(jī)中長時(shí)間暴露在高溫環(huán)境下的部件，用耐高溫、高壓的材料來進(jìn)行制作。②通過轉(zhuǎn)子的經(jīng)常更換，避免轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的汽輪機(jī)軸承異常振動(dòng)。③還需要對轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)的油進(jìn)行定期的清理，避免中心孔進(jìn)油導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子排氣孔有可能無法與外界相連現(xiàn)象，進(jìn)而為汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4.4氣流激振故障的處理。技術(shù)人員在進(jìn)行氣流激振引發(fā)的汽輪機(jī)振動(dòng)故障處理中，可以適當(dāng)調(diào)整不同負(fù)荷條件下熟練掌握汽輪機(jī)高壓進(jìn)氣門的特性，從而盡可能地消除氣流激振。在日常汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，要對汽輪機(jī)負(fù)荷汽壓的變化進(jìn)行控制，降低對負(fù)荷氣壓的變化，避免氣流激振的出現(xiàn)，有效減少汽輪機(jī)振動(dòng)故障出現(xiàn)的幾率。同時(shí)，要對機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行長時(shí)間記錄，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理整理后做成曲線圖，從而以便觀察其振動(dòng)的變化趨勢以及范圍，然后通過改變升降負(fù)荷速率及改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速氣門來消除氣流激振。

4.5軸承中心不正振動(dòng)故障的處理。在進(jìn)行設(shè)備裝配時(shí)，一定要保證各個(gè)部件的正確銜接，使用鋼絲找中心法可以對軸線進(jìn)行校準(zhǔn)，保證安裝的正確性。進(jìn)行基礎(chǔ)安裝時(shí)，一定要將預(yù)埋件設(shè)置在縱向中心線的前后，再對可調(diào)整螺絲進(jìn)行安裝，便于放置鋼絲架子。再順著縱向中心線的方向，找到適合懸掛鋼絲的地方。然后再對各個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)密的找正，在測量鋼絲離洼窩中心兩側(cè)的距離時(shí)，要使用鋼皮尺，這樣比較精確。對準(zhǔn)軸承座，仔細(xì)調(diào)節(jié)，使兩側(cè)的長度能夠相同，人為可控的誤差不能超過0.05mm。在進(jìn)行復(fù)測時(shí)，要用到水平儀，它可以進(jìn)行橫向的找平。要把水平儀放到軸瓦洼窩結(jié)合面上，用斜墊鐵對其在豎向高度上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，要滿足現(xiàn)場的高低情況，還有軸承座的橫向水平也要滿足要求。在第三次進(jìn)行準(zhǔn)確找中心時(shí)，要將整個(gè)汽輪機(jī)組排查一遍，需要找正的地方重新更改操作。只有軸承安裝好了，其工作才能有條不紊的進(jìn)行，不然就會(huì)出現(xiàn)受力不均勻的情況，發(fā)生異常振動(dòng)，這樣不僅影響儀器設(shè)備的使用，還對熱電廠的發(fā)電有影響。

5、結(jié)束語

熱電廠的汽輪機(jī)是可以把蒸汽熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備。但是汽輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性會(huì)受到諸多因素的影響，尤其是振動(dòng)故障問題的發(fā)生將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。在實(shí)際工作中，熱電廠技術(shù)人員應(yīng)高度重視機(jī)組安全穩(wěn)定性，深刻分析汽輪機(jī)異常振動(dòng)成因，制定科學(xué)合理的故障排除措施，創(chuàng)新管理模式，改善工作方法，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組的異常振動(dòng)，從而確保機(jī)組的安全高效運(yùn)行。

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作者簡介

德力格爾昌，男，蒙古族，大專學(xué)歷，1973年出生，汽機(jī)運(yùn)行高級工，現(xiàn)從事熱電廠汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)管理工作。