李偉強(qiáng)

（內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏蘭察布 013750）

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組是發(fā)電廠中的關(guān)鍵設(shè)備，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，也直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)會(huì)引起無(wú)法定速、軸瓦損壞、轉(zhuǎn)子彎曲、葉片斷裂等嚴(yán)重后果，不僅經(jīng)濟(jì)損失巨大，也嚴(yán)重影響機(jī)組使用壽命，甚至是人身安全。引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因有質(zhì)量不平衡、動(dòng)靜摩擦、聯(lián)軸器不對(duì)中、油膜失穩(wěn)和汽流激振、中心孔進(jìn)油等。

1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是汽輪機(jī)最常見(jiàn)的振動(dòng)故障，占到振動(dòng)故障的大多數(shù)。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的主要原因有原始質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子熱彎曲、轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫或松動(dòng)等。

（1）原始質(zhì)量不平衡。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在加工和制造過(guò)程中，由于機(jī)加工精度不夠、裝配質(zhì)量差或在檢修時(shí)更換轉(zhuǎn)動(dòng)部件都可造成質(zhì)量的不平衡。轉(zhuǎn)子在出廠時(shí)廠家都會(huì)進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，所以原始的質(zhì)量不平衡在制造環(huán)節(jié)出廠前已經(jīng)消除。檢修時(shí)更換轉(zhuǎn)動(dòng)部件后，應(yīng)該在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，以消除更換部件引起的質(zhì)量不平衡。

（2）轉(zhuǎn)子熱彎曲。新裝機(jī)組轉(zhuǎn)子的熱彎曲一般來(lái)自材料熱應(yīng)力，可以用動(dòng)平衡的方法處理。有時(shí)運(yùn)行原因，如潤(rùn)滑油溫、密封油溫、軸封供汽溫度、氫氣汽勵(lì)端溫差、汽缸內(nèi)進(jìn)水、汽缸進(jìn)冷空氣、動(dòng)靜摩擦等，也會(huì)導(dǎo)致熱彎曲。只要轉(zhuǎn)子不發(fā)生永久性變形，這類(lèi)熱彎曲是可以復(fù)原的。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制定合理的運(yùn)行規(guī)程，只要消除引起熱彎曲的根源，工頻振動(dòng)大的現(xiàn)象就會(huì)消失。

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫和松動(dòng)。在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)部件如葉片、圍帶、拉金、質(zhì)量平衡塊等發(fā)生飛脫或聯(lián)軸器松動(dòng)等，會(huì)造成突發(fā)性的振動(dòng)，致使軸振振幅迅速增大、隨后下降并穩(wěn)定在固定的振幅和相位。在檢修過(guò)程中，加強(qiáng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的檢查是消除此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。

2 動(dòng)靜摩擦

汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)靜部分碰摩造成的轉(zhuǎn)子振動(dòng)較為復(fù)雜，會(huì)引起軸系失穩(wěn)的故障，嚴(yán)重的還可能造成轉(zhuǎn)子永久的塑性變形。產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦的原因主要有以下4 個(gè)。

（1）轉(zhuǎn)子軸振過(guò)大。軸振振幅一旦超過(guò)動(dòng)靜間隙的最小值就會(huì)發(fā)生碰磨，從而引起更大的振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子軸振較大則不能盲目升速，應(yīng)找出原因，處理后再進(jìn)行升速。

（2）動(dòng)靜間隙偏小。在設(shè)計(jì)或安裝、檢修過(guò)程中，動(dòng)靜間隙的調(diào)整偏小會(huì)造成熱態(tài)下動(dòng)靜部分發(fā)生碰磨。在安裝、檢修過(guò)程要嚴(yán)格控制好動(dòng)靜間隙，尤其是易發(fā)生碰磨的隔板汽封、圍帶汽封、軸承擋油環(huán)、油擋等處，更要嚴(yán)格控制好動(dòng)靜間隙，確保不泄漏、不碰磨。

（3）汽缸變形。在汽缸受熱不均、上下缸溫差較大時(shí)，汽缸會(huì)發(fā)生弓背，變形超過(guò)一定值時(shí)（超過(guò)動(dòng)靜間隙）就會(huì)發(fā)生碰磨。做好汽缸的保溫工作，控制好上、下缸溫差，就可以避免汽缸的變形過(guò)大問(wèn)題。

（4）機(jī)組膨脹不開(kāi)，脹差超標(biāo)。在啟機(jī)過(guò)程中，由于滑銷(xiāo)系統(tǒng)故障，機(jī)組膨脹不開(kāi)，致使汽缸與轉(zhuǎn)子的脹差超標(biāo)、發(fā)生碰磨。機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)控制好汽缸脹差，不得盲目升速和升負(fù)荷。

3 聯(lián)軸器不對(duì)中

汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系找中工作至關(guān)重要，它貫穿于機(jī)組安裝、檢修的整個(gè)過(guò)程。聯(lián)軸器對(duì)中工作能夠確保機(jī)組在熱態(tài)下整個(gè)軸系是一條光滑的曲線。聯(lián)軸器不對(duì)中會(huì)在轉(zhuǎn)子連接部位產(chǎn)生兩倍頻作用的彎矩和剪切力，相鄰的軸承也將承受工頻徑向作用力，引起機(jī)組的振動(dòng)。

在對(duì)聯(lián)軸器對(duì)中時(shí)，要注意以下4 個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）所用量具應(yīng)在有效期內(nèi)且架設(shè)牢靠，盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí)要緩慢均勻，避免使百分表?xiàng)U或臨時(shí)卡子移位。

（2）記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)在轉(zhuǎn)子自由不受力狀態(tài)下進(jìn)行，盤(pán)動(dòng)90°后讀數(shù)前應(yīng)放松鋼絲繩，檢查盤(pán)車(chē)銷(xiāo)應(yīng)能自由活動(dòng)。

（3）盤(pán)車(chē)方向應(yīng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致，并且在盤(pán)車(chē)過(guò)程中轉(zhuǎn)子應(yīng)裝設(shè)防竄動(dòng)裝置。

（4）測(cè)量結(jié)果至少進(jìn)行兩次，百分表對(duì)數(shù)應(yīng)歸位且兩次結(jié)果應(yīng)基本相同。

4 油膜失穩(wěn)和汽流激振

當(dāng)轉(zhuǎn)子在軸瓦中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在軸徑與軸瓦之間的間隙中形成油膜，油膜的載荷力與外界載荷平衡，軸徑處于平衡位置；當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外來(lái)擾動(dòng)時(shí)，軸承的油膜會(huì)被破壞從而使轉(zhuǎn)子發(fā)生渦動(dòng)。造成軸徑運(yùn)動(dòng)不再穩(wěn)定，油膜振蕩就屬于這種情況。油膜的振蕩故障發(fā)生時(shí)，油膜經(jīng)歷了從破壞到建立的反復(fù)過(guò)程，軸頸和軸承不斷發(fā)生碰磨，產(chǎn)生撞擊，使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)變大。增大軸頸在軸承中的偏心率、增大油膜的徑向剛度、改變潤(rùn)滑油溫可以減少油膜振蕩的發(fā)生概率。

汽輪機(jī)的蒸汽間隙應(yīng)是均勻?qū)ΨQ而且無(wú)偏差的。由于轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲、汽缸發(fā)生變形、汽流作用等，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與靜子的軸、徑向間隙在對(duì)稱位置會(huì)出現(xiàn)偏差。這種偏差將導(dǎo)致蒸汽產(chǎn)生一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)作用力，就是汽流激振。它可以分為兩類(lèi)：

（1）葉頂間隙的激振力。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子偏心時(shí)，轉(zhuǎn)子和汽缸間的間隙沿周向不均勻，間隙的漏汽量會(huì)重新分布，小的間隙部位會(huì)產(chǎn)生大的推力，大的間隙處產(chǎn)生小的推力。就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子中心位移的橫向力，這個(gè)力會(huì)誘發(fā)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)。該力的大小與這一級(jí)葉輪的功率成正比，與葉片的高度成反比。

（2）汽封產(chǎn)生的激振力。即由汽輪機(jī)的圍帶汽封、隔板汽封、軸端汽封產(chǎn)生的激振力。在高壓級(jí)中，蒸汽在汽封處產(chǎn)生的激振力的大小，與汽封前蒸汽的參數(shù)（壓力、溫度）、汽封后蒸汽的參數(shù)（壓力）、汽封間隙處的半徑和進(jìn)入汽封的蒸汽的周向速度成正比。汽封前蒸汽的參數(shù)越高，進(jìn)入汽封的蒸汽的周向速度越大，蒸汽所產(chǎn)生的激振力越大。

5 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剛度不足

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剛度不足是指機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)剛度過(guò)低，結(jié)構(gòu)剛度包括轉(zhuǎn)子支架、缸體、基礎(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的剛度。剛度不足多發(fā)生于低壓缸的非落地式軸承座上。軸承支撐剛度弱，使振動(dòng)被放大或使轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速降低，落入共振，其主要原因是設(shè)計(jì)階段缺乏足夠的剛度校核造成。另外，發(fā)電機(jī)的端蓋軸承除了可能出現(xiàn)端蓋的結(jié)構(gòu)共振外，剛度設(shè)計(jì)不足也是產(chǎn)生振動(dòng)的一方面原因。

6 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油

對(duì)于有中心孔的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，中心孔進(jìn)油現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。進(jìn)油的原因主要有兩個(gè)：一是中心孔在探傷后沒(méi)有及時(shí)清理內(nèi)部殘存的油；二是轉(zhuǎn)子端部堵頭不嚴(yán)，造成軸承箱內(nèi)的油進(jìn)入中心孔內(nèi)。中心孔有油后會(huì)使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題，在振動(dòng)特征上會(huì)出現(xiàn)工頻振動(dòng)增大的現(xiàn)象。

汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，TSI（Turbine Supervisory Instrumentation，汽輪機(jī)軸系的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）可以對(duì)汽輪機(jī)軸系參數(shù)起到基本上的監(jiān)測(cè)和保護(hù)作用，但TSI 在機(jī)組啟機(jī)沖轉(zhuǎn)、負(fù)荷變化，閥門(mén)切換、單/順閥切換等工況時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)的分析只停留在表面。內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司的旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)（Turbine Dignosis Managerment，TDM）能對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，獲取包括振動(dòng)波形，頻譜、轉(zhuǎn)速、倍頻的幅值和相位等故障特征等數(shù)據(jù)，提供波德圖、頻譜圖、瀑布圖、級(jí)聯(lián)圖、軸心軌跡等專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)及圖譜，協(xié)助機(jī)組故障診斷專(zhuān)家了解機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)，從而解決機(jī)組運(yùn)行中的實(shí)際問(wèn)題。