電廠汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障分析與診斷研究

國電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司 劉惠逢

引言

在電廠的發(fā)電過程當(dāng)中，汽機(jī)這一設(shè)備的運(yùn)行狀況將會(huì)直接影響電廠的發(fā)電效率，一旦汽機(jī)出現(xiàn)故障，將會(huì)為電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。作為電廠發(fā)電工作當(dāng)中的重要設(shè)備，汽機(jī)是通過高溫高壓蒸汽帶動(dòng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、同時(shí)對(duì)外做功而產(chǎn)生電力，這個(gè)工作過程決定了汽機(jī)在運(yùn)行中極其易出現(xiàn)摩擦震動(dòng)的故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致汽機(jī)的損壞。因此，在電廠使用汽機(jī)進(jìn)行發(fā)電的過程當(dāng)中，工作人員需要加強(qiáng)對(duì)引發(fā)汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障原因的了解與分析，并且熟練掌握摩擦振動(dòng)故障的排除措施，才能讓汽機(jī)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障的防范，才能更好地保障電廠的發(fā)電效率。

1 電廠汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障分析

1.1 汽機(jī)摩擦振動(dòng)的原因

在汽機(jī)運(yùn)行的過程中，摩擦問題是影響汽機(jī)運(yùn)行的主要問題之一，不僅會(huì)加劇汽機(jī)震動(dòng)狀況的惡化，還會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)內(nèi)部組件的損壞。一般來說，引發(fā)汽機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)摩擦的主要問題分別為轉(zhuǎn)軸振幅過大、動(dòng)靜間隙不足、缸體彎曲變形與轉(zhuǎn)子軸承不對(duì)稱等。

其中，轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)幅度是有一定的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)偏差的，若其振動(dòng)幅度超過偏差，就可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸的損壞；動(dòng)靜間隙不足指的是汽機(jī)內(nèi)部的設(shè)計(jì)空間、安裝空間或間隔調(diào)整相對(duì)過小，不符合對(duì)汽機(jī)的安裝維護(hù)要求，從而容易引發(fā)汽機(jī)內(nèi)部組件的摩擦；缸體彎曲變形通常是由汽機(jī)內(nèi)部上輥與下輥之間溫差過大而引發(fā)的彎曲或變形；而轉(zhuǎn)子與軸承的不對(duì)稱則會(huì)因其摩擦誤差而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的傾斜，從而直接影響到汽機(jī)的安全運(yùn)行[1]。

1.2 汽機(jī)支撐剛度的問題

作為一種常用的發(fā)電設(shè)備，汽機(jī)一般是由軸、加熱器、汽缸與冷凝裝置組成。其中，軸系統(tǒng)由各種不同的轉(zhuǎn)子與軸承組成，是維持汽機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵支撐部件。而在汽機(jī)的轉(zhuǎn)子當(dāng)中，則分為油膜、軸承托架、底座、圓柱體、保護(hù)層等多個(gè)部分。在汽機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中，轉(zhuǎn)子的大小與形狀等多方面的因素都是導(dǎo)致汽機(jī)出現(xiàn)相對(duì)嚴(yán)重的摩擦振動(dòng)問題的原因，其中最主要的就是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的托架系統(tǒng)的支撐剛度不足而引發(fā)的震動(dòng)，其主要原因則有汽機(jī)螺栓固定不穩(wěn)、軸承座與臺(tái)板接觸不良等。

汽機(jī)運(yùn)行當(dāng)中的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)分為靜摩擦振動(dòng)與動(dòng)摩擦振動(dòng)兩類，主要發(fā)生在對(duì)新汽機(jī)的安裝調(diào)試與維修過程當(dāng)中與維修之后，而其發(fā)生摩擦的原因也可以分為兩類，分別為旋轉(zhuǎn)軸與固體止油器的摩擦與旋轉(zhuǎn)軸和蒸汽的分離。

其中，由于在軸承齒與旋轉(zhuǎn)軸之間因軸承箱的負(fù)壓影響會(huì)存在一定的灰塵與污垢，如果對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行清除，就會(huì)使轉(zhuǎn)軸與齒之間形成潤滑效果，而在汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中的高溫影響下，汽機(jī)當(dāng)中的軸將會(huì)受轉(zhuǎn)子帶動(dòng)而加速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸上的摩擦力與壓力輸出不斷增大；而在汽機(jī)長時(shí)間使用之后，氣缸因?yàn)槭艿礁邏赫羝挠绊憰?huì)產(chǎn)生一定的變形效果，導(dǎo)致局部間隙的減少，如果此時(shí)蒸汽參數(shù)發(fā)生改變，就容易導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)周期性的摩擦，尤其是在汽機(jī)當(dāng)中接近氣缸高溫蒸汽入口的轉(zhuǎn)軸更容易受到影響而產(chǎn)生摩擦振動(dòng)效果，從而影響汽機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 汽機(jī)故障的危害

在上文提到的汽機(jī)摩擦振動(dòng)的故障類別當(dāng)中，其故障原因都是因?yàn)槠麢C(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中發(fā)生平衡位置的偏離，從而發(fā)生動(dòng)能與位能之間的轉(zhuǎn)換而引起的。

通常來說，汽輪機(jī)內(nèi)部的組件在運(yùn)行過程當(dāng)中是允許產(chǎn)生一定幅度振動(dòng)效果的，而在限制范圍內(nèi)的振動(dòng)效果也不會(huì)直接影響到汽輪機(jī)的正常運(yùn)行而造成危害，但當(dāng)這種振動(dòng)幅度加大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中受損，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)器的老化速度加快，縮短機(jī)器的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致汽機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)零件松動(dòng)的狀況，進(jìn)而引發(fā)機(jī)組內(nèi)部的動(dòng)態(tài)零件與靜態(tài)零件之間產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)損壞，甚至引發(fā)更加嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。

一般來說，由于引發(fā)汽機(jī)振動(dòng)的故障類型相對(duì)較多，因此在汽機(jī)的安裝與運(yùn)行的過程當(dāng)中，需對(duì)汽機(jī)的狀況做好相應(yīng)的檢查與實(shí)驗(yàn)工作，從而將其振動(dòng)幅度控制在合理的范圍內(nèi)。根據(jù)我國現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。汽輪機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中的振動(dòng)幅度最大不得超過0.05毫米，而不符合此標(biāo)準(zhǔn)的汽機(jī)則需要停止工作，進(jìn)行全面化的檢修。

2 電廠汽輪機(jī)摩擦振動(dòng)故障的診斷研究

2.1 建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)

在對(duì)汽機(jī)的摩擦振動(dòng)故障進(jìn)行檢測(cè)的過程當(dāng)中，為了精準(zhǔn)的找出引發(fā)汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障的原因，需圍繞汽機(jī)的運(yùn)行狀況建立相應(yīng)的汽機(jī)振動(dòng)診斷系統(tǒng)，從而為發(fā)現(xiàn)汽機(jī)的振動(dòng)問題提供相應(yīng)的依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各行各業(yè)得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在對(duì)汽機(jī)的摩擦振動(dòng)故障檢測(cè)的過程當(dāng)中也有著非常高的價(jià)值。

作為一種通過模仿動(dòng)物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為的特征來進(jìn)行分布式并行信息處理的數(shù)學(xué)模型，這種技術(shù)具備了非常高的運(yùn)算速度、聯(lián)想能力與自組織能力，能夠構(gòu)建出與人腦信息處理邏輯一致的系統(tǒng)流程，從而可以幫助專家學(xué)者與工作人員進(jìn)行汽機(jī)的摩擦振動(dòng)故障方面的檢測(cè)。在此過程當(dāng)中，專家學(xué)者與工作人員需要先在汽機(jī)各個(gè)振動(dòng)部位安裝相應(yīng)的采集裝置來采集汽機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，并且通過信號(hào)降噪的方式來進(jìn)行運(yùn)行信號(hào)的處理與對(duì)比，再借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽機(jī)故障特征的測(cè)試與診斷，從而找出引發(fā)汽機(jī)摩擦振動(dòng)的主要原因[2]。

2.2 加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)油膜穩(wěn)定性的控制

在汽機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中故障問題的產(chǎn)生是不可避免的，但是如果能夠嚴(yán)格按照相關(guān)的工藝技術(shù)對(duì)汽機(jī)進(jìn)行操作與檢查，就可以有效的降低汽機(jī)的故障發(fā)生率，進(jìn)而促進(jìn)其工作效率與工作水平的提升。而在對(duì)汽機(jī)的摩擦振動(dòng)故障進(jìn)行檢測(cè)的過程當(dāng)中，其系統(tǒng)阻尼與軸系的穩(wěn)定效果與摩擦振動(dòng)故障的產(chǎn)生有著直接的關(guān)聯(lián)，只有加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)油膜穩(wěn)定性的控制，才可以有效控制汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的油膜震蕩現(xiàn)象，進(jìn)而降低汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障的發(fā)生概率，提升汽機(jī)的運(yùn)行壽命。

為滿足控制汽機(jī)油膜穩(wěn)定性的工作需求，需在設(shè)計(jì)的過程中適當(dāng)增強(qiáng)汽機(jī)的對(duì)比壓與負(fù)載、縮小汽機(jī)軸承的寬度，同時(shí)在一定程度上提高油溫，從而增強(qiáng)汽機(jī)軸承的承載系數(shù)，降低其潤滑油的粘結(jié)度。而在日常生產(chǎn)的過程當(dāng)中，工作人員則需加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)軸承系統(tǒng)的日常維護(hù)工作，只有這樣才能加強(qiáng)汽機(jī)軸承油膜的穩(wěn)定性，避免油膜震蕩的現(xiàn)象導(dǎo)致汽機(jī)產(chǎn)生摩擦振動(dòng)故障。

2.3 避免出現(xiàn)氣流震蕩問題

相對(duì)于其他因素引發(fā)的汽機(jī)摩擦振動(dòng)，其在運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生的氣流振動(dòng)有著相對(duì)更高的頻率，如果不在這方面加以一定程度的控制，則可能導(dǎo)致汽機(jī)出現(xiàn)相對(duì)嚴(yán)重的摩擦振動(dòng)狀況，從而直接影響到汽機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。針對(duì)氣流振動(dòng)方面的問題，需要在汽機(jī)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中進(jìn)行解決，設(shè)計(jì)人員可以嘗試在汽機(jī)當(dāng)中機(jī)軸的運(yùn)行過程中使用反旋渦技術(shù)來干擾流體的運(yùn)行，并以此強(qiáng)化流體的轉(zhuǎn)速，從而降低汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中出現(xiàn)的氣流振動(dòng)效果。

除此之外，設(shè)計(jì)人員還可以嘗試使用改變軸承形狀與加大軸承的軸徑偏心率等不同的方法來打亂汽機(jī)運(yùn)作過程當(dāng)中出現(xiàn)的軸向旋流，進(jìn)而降低軸承所受到的切向力，從而在汽機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中有效減少汽機(jī)軸承的振動(dòng)幅度，保證汽機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子在汽機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中始終處于高速穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，并以此減少汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障的產(chǎn)生，從而提升汽機(jī)的運(yùn)行效率。

2.4 調(diào)節(jié)汽機(jī)均壓箱的壓力

在一些小型汽機(jī)組的運(yùn)行過程當(dāng)中，均壓箱是一個(gè)非常重要的組件，通常用于對(duì)汽機(jī)當(dāng)中產(chǎn)生的壓力進(jìn)行均衡，將前軸封漏出的正氣導(dǎo)入后軸封，從而在防止前軸封出現(xiàn)向外漏氣的情況的同時(shí)，防止后軸封因吸入冷空氣造成真空下降情況的出現(xiàn)，進(jìn)而保持汽機(jī)當(dāng)中的高低壓軸封閉氣正常，從而保持軸封所受到的壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在具體的生產(chǎn)過程當(dāng)中，當(dāng)汽機(jī)出現(xiàn)你壓力過高、壓力過低或脹差變化異常等情況時(shí)，就需要由工作人員對(duì)均壓箱的壓力進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保持汽機(jī)當(dāng)中的壓力處于正常狀態(tài)，否則就會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中產(chǎn)生的蒸汽隨著汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程而進(jìn)入汽機(jī)的系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的摩擦振動(dòng)故障。一般來說，工作人員需要保持汽機(jī)均壓箱的壓力在0.05MPa 左右，而在汽機(jī)出現(xiàn)壓力過高、壓力過低或脹差變化異常時(shí)，就需針對(duì)性調(diào)節(jié)均壓箱的氣壓，才能使均壓箱在汽機(jī)運(yùn)行的過程當(dāng)中充分發(fā)揮自身所具備的功能，以此降低汽機(jī)摩擦振動(dòng)故障的發(fā)生概率。

2.5 加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)操作的控制

在汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，雖然汽機(jī)通常具有通過主油箱來對(duì)負(fù)壓樁體進(jìn)行控制的功能，但是為了避免油霧的產(chǎn)生，因此通常需要技術(shù)人員在進(jìn)行汽機(jī)操作的過程當(dāng)中借助主油泵離開將汽機(jī)進(jìn)行斷油，進(jìn)而通過主油箱為軸承箱提供的負(fù)壓將汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中的各類污染物進(jìn)入汽機(jī)的油系統(tǒng)當(dāng)中，從而在油箱當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的沉淀與分離。在此過程當(dāng)中，工作人員需要注意控制主油箱保持一定的負(fù)壓值，否則就難以借助負(fù)壓對(duì)汽機(jī)內(nèi)部的污染物進(jìn)行清洗。

此外，工作人員還應(yīng)當(dāng)在日常對(duì)汽機(jī)進(jìn)行維護(hù)管理的工作過程當(dāng)中加強(qiáng)對(duì)主油箱、油凈化裝置與各軸承箱等部位的檢查，并著重檢查主油箱的密封性，一旦發(fā)現(xiàn)油箱出現(xiàn)密封性的問題就需要使用耐油性良好的硅膠對(duì)油箱進(jìn)行密封，以此保障進(jìn)入油箱內(nèi)部的污染物不會(huì)再一次進(jìn)入汽機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，從而造成摩擦振動(dòng)故障的出現(xiàn)。

2.6 對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子因熱彎曲的排查

在汽機(jī)運(yùn)行的過程當(dāng)中，轉(zhuǎn)子作為一種非常重要的部件，需要通過承受蒸汽對(duì)所有工作葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，來進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、主油泵與調(diào)速器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這些情況就決定轉(zhuǎn)子需要長時(shí)間保持在高溫蒸汽環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，這就很容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在長時(shí)間的熱作用下產(chǎn)生熱彎曲故障，進(jìn)而導(dǎo)致汽機(jī)整體出現(xiàn)摩擦震動(dòng)的問題。

針對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲問題，需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行汽機(jī)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中選擇耐高溫與耐腐蝕性能良好的材料作為轉(zhuǎn)子的材料，并且在發(fā)現(xiàn)汽機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生熱彎曲現(xiàn)象時(shí)，盡快停止汽機(jī)的相關(guān)作業(yè)，隨后將故障轉(zhuǎn)子取下并更換為全新的轉(zhuǎn)子，才能盡快的解決汽機(jī)轉(zhuǎn)子因熱彎曲而引發(fā)的摩擦振動(dòng)問題，從而保障汽機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

2.7 對(duì)其他汽機(jī)故障的防范

除以上提到的引發(fā)汽機(jī)摩擦振動(dòng)的原因之外，汽機(jī)受熱膨脹不均、熱壓力與金屬氣缸之間受力不均等問題也使引發(fā)汽機(jī)摩擦振動(dòng)的主要原因之一。其中，引發(fā)汽機(jī)受熱膨脹不均的原因是汽機(jī)在加熱與受熱過程當(dāng)中受到一定的阻礙，從而導(dǎo)致汽機(jī)發(fā)生摩擦振動(dòng)，這需要技術(shù)人員在進(jìn)行汽機(jī)的使用之前對(duì)汽機(jī)進(jìn)行全面的檢查與管道疏通工作；而熱壓力與金屬氣缸之間受力不均則是由汽機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而引發(fā)的，需要工作人員檢查汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)檢查汽機(jī)當(dāng)中的各個(gè)部件是否因長時(shí)間運(yùn)行而出現(xiàn)變形問題，以此及時(shí)解決熱壓力與金屬氣缸之間的受力不均問題。

此外，在汽機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中，技術(shù)人員方面的疏忽也是一種引發(fā)汽機(jī)摩擦震動(dòng)的主要問題，只有加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)組工作人員的管理，嚴(yán)格按照參數(shù)進(jìn)行汽機(jī)運(yùn)行的設(shè)置，并盡早更換汽機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障損壞的零件，才能最大程度的保障汽機(jī)的運(yùn)行效率，避免摩擦振動(dòng)故障的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

作為電廠發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的重要設(shè)備，汽機(jī)的運(yùn)行將會(huì)直接影響電廠的發(fā)電效果，但因?yàn)殡姀S汽機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中容易受到各種因素的影響而產(chǎn)生摩擦震動(dòng)，不僅可能影響汽機(jī)的使用壽命，更有可能導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)的停擺，從而為電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，只有加強(qiáng)對(duì)汽機(jī)日常維護(hù)檢修方面工作的重視，并加強(qiáng)對(duì)一些常見振動(dòng)故障的解決措施的了解，才能更好地維持汽機(jī)的安全運(yùn)行。