淺議汽輪機(jī)振動機(jī)理及影響因素

張強(qiáng)

（遼河油田電力集團(tuán)公司熱電廠，遼寧 盤錦 124000）

1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械設(shè)計(jì)誤差

轉(zhuǎn)子是汽輪發(fā)電機(jī)的一個核心部件之一，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心與其質(zhì)心應(yīng)該重合，但是由于設(shè)計(jì)或生產(chǎn)缺陷，就導(dǎo)致兩個中心不一致，產(chǎn)生了離心力，引起機(jī)組的振動一場。所以對于轉(zhuǎn)子在進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，一定要進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下的平衡試驗(yàn)，保證轉(zhuǎn)子能夠達(dá)到高速動平衡，不會產(chǎn)生離心力而引起振動故障。

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的另外一個原因，轉(zhuǎn)子加工精度不夠，后期的裝配工藝較差。從加工企業(yè)來說提高機(jī)械加工精度，保證裝配質(zhì)量是避免此類故障的最直接的方法。還有就是設(shè)計(jì)階段，要選擇適當(dāng)?shù)妮S承。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一旦產(chǎn)生輕微振動都會直接導(dǎo)致機(jī)組的振動；軸承的油膜形成不好也極易誘發(fā)油膜振蕩而產(chǎn)生振動。

2 汽輪機(jī)組裝、檢修不當(dāng)

汽輪發(fā)電機(jī)組在安裝過程中的工藝質(zhì)量不過關(guān)，汽輪發(fā)電機(jī)組的軸承振動的檢修不當(dāng)都有可能導(dǎo)致機(jī)組振動。針對實(shí)際的安裝和檢修經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)了一下幾個方面的因素。

2.1 軸承特性因素

軸承自身特性會產(chǎn)生振動的影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機(jī)組振動超標(biāo)。軸承的連接情況主要對軸承剛度產(chǎn)生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊。

2.2 機(jī)組中心部件因素

機(jī)組中心應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。若發(fā)生碰磨，則會使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動。當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)園不同心、端面瓢偏、連接螺栓緊力明顯不對稱時(shí)，不論圓周和端面中心數(shù)據(jù)調(diào)整的如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會使軸系不同心和不平直。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸系同心度和平直度會直接產(chǎn)生振動的激振力，引起機(jī)組的振動。

2.3 滑銷系統(tǒng)故障因素

汽輪機(jī)組帶負(fù)荷受熱系統(tǒng)膨脹，為了避免自由膨脹，我們所采用的滑銷系統(tǒng)可以引導(dǎo)機(jī)組有序膨脹。當(dāng)滑銷系統(tǒng)出現(xiàn)故障卡澀時(shí)，機(jī)組的膨脹受到限制引起機(jī)組較大的振動，嚴(yán)重時(shí)以至于不能開機(jī)或者引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。

2.4 轉(zhuǎn)子與靜子間隙因素

正常情況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙；當(dāng)汽輪機(jī)與軸封之間的間隙過大時(shí)可能會引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；當(dāng)然當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時(shí)，汽輪機(jī)內(nèi)效率會降低；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時(shí)同樣會影響發(fā)電機(jī)的效率。

2.5 中心孔浸入異物因素

目前我們所用的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大軸大都留有中心孔，在中心孔兩端用堵頭封堵，在檢修期間如果不慎讓異物（包括油、水等）進(jìn)入中心孔，在轉(zhuǎn)子裝復(fù)回原后開機(jī)，機(jī)組肯定會出現(xiàn)振動異常的現(xiàn)象。

2.6 其他內(nèi)部活動部件因素

如果在檢修期間，不慎將活動部件進(jìn)入汽輪機(jī)，大修后開機(jī)活動部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機(jī)葉片，造成事故的發(fā)生，最終導(dǎo)致機(jī)組振動；另外活動部件還可能引起內(nèi)部短路，這將會對機(jī)組振動的診斷帶來困難。

3 汽輪機(jī)組運(yùn)行過程振動產(chǎn)生原因

如果在制造、安裝和檢修都沒有質(zhì)量問題，但是還是產(chǎn)生了機(jī)組的振動，那么我們必須從機(jī)組的運(yùn)行狀況來分析產(chǎn)生振動的原因了。

3.1 潤滑油溫

軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動的可能性有多大，當(dāng)穩(wěn)定性太差時(shí)，外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動的產(chǎn)生。而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個重要影響因素，油膜的形成除了與軸承烏金有關(guān)外，還有一個重要因素就是潤滑油油溫，潤滑油油溫應(yīng)該在一個合理的范圍內(nèi)，過高過低都對油膜的形成不利。

3.2 操作不當(dāng)機(jī)組膨脹不暢

機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對機(jī)組振動的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的。如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的動靜碰磨而產(chǎn)生振動。

3.3 轉(zhuǎn)子電流不穩(wěn)定

當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí)，由于膨脹會使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變，從而引起機(jī)組的振動變化；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身存在膨脹不均時(shí)，即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好，也會由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動態(tài)的質(zhì)量不平衡，而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時(shí)也會隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況，當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象，此處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量堆積而使膨脹較大，這就與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別，又會形成一動態(tài)的質(zhì)量不平衡。

3.4 機(jī)組真空和排汽缸溫度

機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對軸承座標(biāo)高的影響上，所以會對機(jī)組的振動產(chǎn)生影響。

3.5 汽輪機(jī)產(chǎn)生斷葉片

汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動會發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場有時(shí)可能不會被察覺，因?yàn)檎駝拥淖兓劝ㄕ駝哟笮〉淖兓舶ㄕ駝酉辔坏淖兓F(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動大小的變化。為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，除了在設(shè)計(jì)制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)應(yīng)盡量平穩(wěn)。

3.6 軸封進(jìn)汽溫度

在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會對機(jī)組的振動產(chǎn)生一定的影響，每一軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣。軸封進(jìn)汽溫度對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對軸承座標(biāo)高的影響和溫度對端部汽封處動靜間隙的影響，這兩方面對機(jī)組振動的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及。

汽輪機(jī)組的振動故障診斷直接影響汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全和發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。不論在生產(chǎn)運(yùn)行中，還是在設(shè)備安裝過程中，必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的工序控制和質(zhì)量監(jiān)督，做到防患于未然，為以后的生產(chǎn)運(yùn)行打好基礎(chǔ)，從而提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效能，有利于發(fā)電廠的長期穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]侯志花，張超，牛麗瓊，陶哲，韓璞.基于專家系統(tǒng)的汽輪機(jī)振動故障診斷[J].河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.

[2]耿文瑯，朱曉東.汽輪發(fā)電機(jī)組振動監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的發(fā)展[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2003.

[3]張浩權(quán)，童小忠.浙江省汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷現(xiàn)狀與建議[J].浙江電力，1997.

[4]侯志花.汽輪機(jī)組振動故障遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)（河北），2010.

[5]侯小梅，毛宗源.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999.

[6]黃飛.大型機(jī)組故障錄波及故障診斷的研究[D].重慶大學(xué)，2002.