李紅軍

【摘要】本文根據(jù)本廠200MW汽輪機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中出現(xiàn)的低頻振動(dòng)故障進(jìn)行分析研究，總結(jié)了振動(dòng)出現(xiàn)的原因并給出解決的辦法。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī) 低頻振動(dòng)

【中圖分類號(hào)】TK268 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0248-01

1、我廠現(xiàn)在運(yùn)行的200MW機(jī)組，自投產(chǎn)已經(jīng)運(yùn)行多年，通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子都存在低頻振動(dòng)的現(xiàn)象，而且有越來越嚴(yán)重甚至有超過運(yùn)行規(guī)程規(guī)定值的趨勢(shì)，已經(jīng)到了不得不停機(jī)檢修的狀態(tài)，通過這次檢修，有必要對(duì)機(jī)組低頻振動(dòng)的現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因以及機(jī)理進(jìn)行深入的探索總結(jié)，這將對(duì)今后的工作產(chǎn)生積極的影響。

2、振動(dòng)的現(xiàn)象

2.1、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示額機(jī)組振動(dòng)頻率數(shù)值低于50Hz，采集到的振動(dòng)數(shù)值往往為幾個(gè)頻率或者一個(gè)頻帶，主頻約25Hz，每次振動(dòng)采集到的頻率數(shù)值往往不盡相同。同時(shí)機(jī)組振動(dòng)時(shí)候振幅也不是固定值，存在抖動(dòng)現(xiàn)象。

2.2、機(jī)組的橢圓瓦有突發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)行過程中振動(dòng)突然很大，經(jīng)過對(duì)此時(shí)間段振動(dòng)頻譜的分析，其頻率為25Hz左右。

3、低頻振動(dòng)產(chǎn)生的原因

長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)際證明，長(zhǎng)時(shí)間的低頻振動(dòng)會(huì)對(duì)汽輪機(jī)本體產(chǎn)生難以估計(jì)的損壞，較大的振幅甚至?xí)?duì)汽輪機(jī)軸瓦造成嚴(yán)重?fù)p壞，因此，對(duì)于汽輪機(jī)專業(yè)技術(shù)人員，研究掌握振動(dòng)出現(xiàn)的原因并且深入研究其控制方法是有積極意義的，可以防患于未然，避免發(fā)生汽輪機(jī)損壞的嚴(yán)重事故。

通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)特得出如下結(jié)論，低頻振動(dòng)究其本質(zhì)就是軸瓦中油膜被破壞不能可靠的維持軸系運(yùn)轉(zhuǎn)，具體分析如下：

3.1、從采集到的數(shù)據(jù)分析可以得出，低頻振動(dòng)發(fā)生時(shí)其頻帶較寬，但其主要頻率集中在25Hz附近，這種現(xiàn)象與機(jī)組發(fā)生半速渦動(dòng)的狀態(tài)一樣，為低頻振動(dòng)提供能量的主要來源就是轉(zhuǎn)子本身轉(zhuǎn)動(dòng)的產(chǎn)生的能量。道理很簡(jiǎn)單，在汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，軸系轉(zhuǎn)動(dòng)攪動(dòng)潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油也以一定的速度隨著軸做圓周運(yùn)動(dòng)。但是潤(rùn)滑油轉(zhuǎn)動(dòng)速度并不一致，其速度和離軸心的距離有關(guān)系，越靠近軸表面的潤(rùn)滑油其速度基本和軸的轉(zhuǎn)速保持一致，而到了軸承壁的位置，這里的潤(rùn)滑油基本不動(dòng)，相對(duì)軸的速度就為零，因此，可簡(jiǎn)單的認(rèn)為潤(rùn)滑油的平均速度是轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速的1/2。于是潤(rùn)滑油的渦動(dòng)就會(huì)形成主頻為25Hz的一個(gè)頻帶，這個(gè)頻率與高中壓轉(zhuǎn)子的第一臨界速度相近，這就會(huì)產(chǎn)生共振而造成振動(dòng)突然增大，超出允許范圍很多。

3.2、汽輪機(jī)組油膜的壓力與振動(dòng)的大小也有很大的關(guān)系。這是因?yàn)?，在汽輪機(jī)中油膜壓力的大小通常與軸承所承受的負(fù)荷大小成正比。當(dāng)負(fù)荷重的情況下，油膜壓力大，這時(shí)機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。相反，負(fù)荷較輕的時(shí)候油膜壓力也比較小，這時(shí)機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，非常容易產(chǎn)生低頻振動(dòng)，并且發(fā)生的部位往往是機(jī)組的1#軸承。這是因?yàn)?，汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，凝結(jié)器為真空和灌水的狀態(tài)，3#與4#軸承座會(huì)降低，此時(shí)低壓轉(zhuǎn)子中心前移，2號(hào)軸承形成支點(diǎn)，從而導(dǎo)致1號(hào)軸承上翹，油膜壓力降低；此外高中壓轉(zhuǎn)子安裝方式為落地式軸承，高中缸的貓爪會(huì)對(duì)軸承座進(jìn)行加熱，機(jī)組軸承溫度會(huì)升高60-70℃左右，如果機(jī)組中心在冷態(tài)下的調(diào)整量不足，1、2號(hào)軸承負(fù)荷較輕從而發(fā)生機(jī)組低頻振動(dòng)。

3.3、機(jī)組擾動(dòng)的產(chǎn)生會(huì)破壞軸承運(yùn)行中的油膜，油膜一旦被破壞就會(huì)反過來導(dǎo)致軸承出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。造成機(jī)組擾動(dòng)主要有以下幾項(xiàng)原因：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分配不平衡，以高中壓轉(zhuǎn)子一階不平衡分量對(duì)其影響尤為突出，不平衡分量的頻率與潤(rùn)滑油半速渦動(dòng)的頻率相同，容易產(chǎn)生共振；機(jī)組的中心位置達(dá)不到實(shí)際要求的精度，安裝檢修水平不夠，就會(huì)導(dǎo)致中心偏差量超出允許范圍，這樣不僅僅要產(chǎn)生擾動(dòng)力，同時(shí)嚴(yán)重的還會(huì)直接將油膜破壞而出現(xiàn)低頻振動(dòng)；汽缸內(nèi)部動(dòng)靜間隙配合的不一致以及間隙分配的不合理都會(huì)造成來自機(jī)組的氣流對(duì)轉(zhuǎn)子沖擊，其不平衡的作用力也會(huì)產(chǎn)生非常大的擾動(dòng)力；同時(shí)由于機(jī)組閥門的控制方式的不同也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組低頻振動(dòng)的產(chǎn)生。

3.4、油膜震蕩就是在使用滑動(dòng)軸承的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象，在震蕩發(fā)生前，振動(dòng)的幅度并不大，振動(dòng)的頻率主要與工作轉(zhuǎn)速保持一致，一旦油膜震蕩出現(xiàn)，振動(dòng)的幅值迅速增大到一個(gè)最大值，并且維持振幅不變化。這個(gè)最大振幅值與運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子的不平衡分量和軸承的型式有關(guān)系。油膜振蕩出現(xiàn)時(shí)振動(dòng)的頻率從原來的工頻為主可以直接變成接近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一種狀態(tài)。

4、降低機(jī)組低頻振動(dòng)的措施

4.1、通過控制機(jī)組運(yùn)行中干擾力的產(chǎn)生。主要是維持轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中速度和潤(rùn)滑油膜的粘度保持正比關(guān)系，避免大的擾動(dòng)里將油膜破壞，從而杜絕發(fā)生低頻振動(dòng)。其歸納為以下幾種具體措施：

通過對(duì)機(jī)組中高低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試，已經(jīng)在線調(diào)整機(jī)組中心位置，保證機(jī)組旋轉(zhuǎn)部分的良好轉(zhuǎn)動(dòng)性能，從而降低振動(dòng)；增加機(jī)組對(duì)輪之間連接的剛度，避免機(jī)組負(fù)荷變化而產(chǎn)生的沖擊，通過改進(jìn)機(jī)組對(duì)輪連接時(shí)緊固的方式方法，采用長(zhǎng)伸長(zhǎng)量螺栓同時(shí)緊固時(shí)采用電動(dòng)液壓扳手進(jìn)行反復(fù)轉(zhuǎn)圈緊固，保證對(duì)輪連接強(qiáng)度，避免運(yùn)行中振動(dòng)導(dǎo)致框量的產(chǎn)生；遇到機(jī)組大修的情況可反復(fù)調(diào)整高中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜部分的間隙，務(wù)必使其保持一致，從而可以有效的減小氣流沖擊作用，使氣流對(duì)轉(zhuǎn)子各個(gè)方向的作用效果相同，從而不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)力，保持轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2、增加1號(hào)瓦轉(zhuǎn)子軸頸處油膜的壓力。我廠目前安裝的200MW機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)視結(jié)果中可以看出在1號(hào)瓦軸頸處的油膜壓力偏小，運(yùn)行中發(fā)生低頻振動(dòng)的情況非常明顯。造成油膜壓力小的原因可以歸納為以下幾種：

從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來說，低壓轉(zhuǎn)子的兩端軸承座落在排汽缸上，高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子相連后，由于機(jī)組運(yùn)行中循環(huán)水的自重和加上低壓缸內(nèi)部真空度很高，導(dǎo)致軸承座標(biāo)高降低，而低壓轉(zhuǎn)子的重量是高壓轉(zhuǎn)子的兩倍，若此機(jī)組的中心差沒有調(diào)整合適，就會(huì)以2號(hào)軸承為支點(diǎn)上翹，而使導(dǎo)致1#軸軸頸處的油膜壓力降低；機(jī)組高中壓缸兩端的貓爪分別在1，2號(hào)軸承的軸承座上，由于貓爪和汽缸的產(chǎn)生的熱量將傳到軸承座，從而導(dǎo)致軸承座溫度升高；如果1號(hào)軸頸處的油膜壓力偏低，機(jī)組在運(yùn)行中的振動(dòng)特性與汽流的作用有很大的關(guān)系。

不同的運(yùn)行方式對(duì)機(jī)組的振動(dòng)也有不同的影響，主要是1號(hào)軸頸處負(fù)荷較輕，運(yùn)行不穩(wěn)，容易受到各種干擾力的影響而產(chǎn)生振動(dòng)；機(jī)組大修后安裝時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子中心都是參考汽輪機(jī)出廠數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，但是各臺(tái)機(jī)組安裝運(yùn)行過程中產(chǎn)生的變化晴況會(huì)不一致，因此靜態(tài)下所找中心往往與運(yùn)行起來的實(shí)際中心位置存在偏差，這就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行過程中振動(dòng)的產(chǎn)生。

4.3、可以選用具有強(qiáng)抗振能力的瓦塊式軸承。目前我廠汽輪機(jī)組1，2號(hào)瓦都為4瓦塊式軸承，這種徑向軸承可以自動(dòng)調(diào)整中心，機(jī)組運(yùn)行中，該瓦塊軸承可以隨著油層的壓力自由運(yùn)動(dòng)調(diào)整位置，從而可以隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化進(jìn)行位置動(dòng)態(tài)的跟蹤。位置穩(wěn)定后油膜對(duì)軸承上每塊瓦的作用力方向都是通過軸頸中心線的，因此不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向互動(dòng)的力量，能有效避免油膜自激振蕩和間隙振蕩，同時(shí)對(duì)于不平衡振動(dòng)也有很好的限制作用。

5、總結(jié)

通過長(zhǎng)時(shí)間對(duì)汽輪機(jī)低頻振動(dòng)現(xiàn)象的診斷以及故障處理，在實(shí)際中積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)Ρ緩S汽輪機(jī)組低頻振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行檢查、分析、診斷、排除。保證汽輪機(jī)組運(yùn)行的良好狀態(tài)。