加強對汽輪機異常振動的控制確保汽輪機組安全運行

1、加強對汽輪機異常振動的控制確保汽輪機組安全運行摘要：汽輪機作為火力發(fā)電廠三大主機之一，其安全穩(wěn)定運行是 保障電力供應的基礎。汽輪機可靠運行很大程度上取決于機組的振動 狀態(tài)。本文針對汽輪機在運行時產生振動的常見原因進行分析，制定 出相應的防范措施，保障汽輪機組穩(wěn)定運行。關鍵詞：汽輪機；振動原因；防護措施一、汽輪機振動原因的危害 汽輪機組結構非常復雜，它由汽輪機轉子、發(fā)電機轉子和勵磁機 轉子組成。汽輪機組是在振動狀態(tài)下工作的，其振動值的大小會直接 影響汽輪機的安全運行。當振動超過某一限值時，輕者噪音增大，影 響轉子及其零部件的使用壽命；重者動靜部分發(fā)生摩擦，損壞零部 件，甚至造成整臺機組毀壞嚴重影

2、響電廠安全穩(wěn)定運行。汽輪發(fā)電機組振動異常時可能引起的危害和嚴重后果如下：1、機組部件連接處松動，地腳螺絲松動、斷裂； 2、機座 （臺板） 二次澆灌體松動，基礎產生裂縫； 3、汽輪機葉片應力過高而疲勞折斷； 4、危機保安器發(fā) 生誤動作； 5、通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴重時可能因此 引起主軸的彎曲； 6、滑銷磨損，滑銷嚴重磨損時，還會影響機組的正 常熱膨脹，從而進一步引起更嚴重的事故； 7、軸瓦烏金破裂，緊固螺 釘松脫、斷裂； 8、發(fā)電機轉子護環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨 破，一直造成接地或短路； 9、勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等。二、汽輪機振動原因的機理分析（一）設計原因軸承選型

3、不合理，造成軸承工作穩(wěn)定性差，因此產生油膜振蕩引 起汽輪機組的振動；結構設計剛度不夠，發(fā)電機轉子進入熱態(tài)時產生 不平衡或支撐力剛度變化從而引起振動；隨熱態(tài)負荷的增加、各軸瓦 振動急劇爬升也可能引起汽輪機組振動。以上都是設計考慮不當所造 成。（二）制造原因1、轉子不平衡產生的振動； 2、聯(lián)軸器的加工不精確； 3、轉子制 造缺陷產生的振動； 4、其他原因。（三）安裝和檢修原因1、軸承標高不合理； 2、轉子中心不正： 1. 轉子與汽缸或靜子的 同心度； 2. 軸系連接的同心度和平直度； 3.軸承標高； 3、軸承特性； 4、滑銷系統(tǒng)； 5、摩擦引起振動； 6、轉子結垢； 7、轉子中心孔。（四）運行原因

4、 機組的振動除了與上面的各方面因素有關外，還與機組的運行狀 況存在很大的關系。1、機組膨脹； 2、汽缸的上下溫差過大； 3、真空下降； 4、軸封 供汽帶水； 5、軸承潤滑； 6、發(fā)電機轉子電流； 7、斷葉片。（五）異常振動的原因有以下幾個方面，汽流激振、轉子熱變 形、摩擦振動等。1. 汽流激振現(xiàn)象與故障排除汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現(xiàn)較大量值的低頻分量； 二是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，如負荷，且增大應該呈突發(fā)性。其原因主要是 由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體 在葉片膨脹末端產生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)

5、象。針 對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）記錄每次機組振動的 數(shù)據(jù)，連同機組滿負荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變 化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從 5T/h 到 50/h 的給水量逐 一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓 調速汽門重調特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機組產生汽流 激振的工作狀態(tài)，采用減低負荷變化率和避開產生汽流激振的負荷范 圍的方式來避免汽流激振的產生。2轉子熱變形導致的機組異常振動特征、原因及排除 轉子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫度和蒸 汽參數(shù)有密切關系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負荷

6、階段，此 時轉子溫度逐漸升高，材質內應力釋放引起轉子熱變形，一倍頻振動 增大，同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉子彎曲變形而導致機組 異常振動。轉子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故 障機理相同，都與轉子質量偏心類似，因而都會產生與質量偏心類似 的旋轉矢量激振力。與質心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產生錐 形運動，因而在軸向還會產生較大的工頻振動。另外，轉軸彎曲時， 由于彎曲產生的彈力和轉子不平衡所產生的離心力相位不同，兩者之 間相互作用會有所抵消，轉軸的振幅在某個轉速下會有所減小，即在 某個轉速上，轉軸的振幅會產生一個“凹谷”，這點與不平衡轉子動 力特性有所不同。當彎曲的作用小于

7、不衡量時，振幅的減少發(fā)生在臨 界轉速以下；當彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發(fā)生在臨界 轉速以上。針對轉子熱變形的故障處理就是更換新的轉子以減低機組 異常振動。沒有了振動力的產生機組也就不會出現(xiàn)異常振動。1.3 摩擦振動的特征、原因與排除 摩擦振動的特征：一是由于轉子熱彎曲將產生新的不平衡力，因 此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到沖擊和一些非線性因數(shù)的 影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削 頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦時，振動的幅值和相位都具有波動特性，波 動持續(xù)時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會 急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，

8、停機后轉 子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對 汽輪機轉子來講，摩擦可以產生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的 主要是轉子熱彎曲。動靜摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，由 于重摩擦側溫度高于輕摩擦側，導致轉子徑向截面上溫度不均勻，局 部加熱造成轉子熱彎曲，產生一個新的不平衡力作用到轉子上引起振 動。2. 關于汽輪機異常振動故障原因查詢步驟的分析生產中經常遇到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因 很多。根據(jù)振動產生的集中原因，在查找振動主要來源時要注意下面 幾個要素：振動的頻率是 1x， 2x， 1/2x 等。振動的相位是否有變化及 相鄰軸承相位的關系。振動的穩(wěn)定性

9、如何（指隨轉速、負荷、溫度、 勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉子質量不平衡 會有下列現(xiàn)象：升速時振動與轉速的二次方成正比，轉速高振動大。特別過臨界時振動比 以往大得多。振動的頻率主要是1x。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反 相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復性好。根據(jù)振動特征與日常 檢測維修記錄多方面分析，出故障原因最終排除。另外對于一些原本設計上有通病的機組， 要做好心理準備并牢記其故障點，一旦出現(xiàn)情況首先要檢查設計缺陷 部件。例如：某三缸兩排氣 200MV汽輪機，軸封系統(tǒng)同300MW現(xiàn)低壓缸 的兩端軸承震動常在 6、7 絲左右，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)如能

10、維持低壓軸封供汽溫度 在 120 130 度時，振動基本能降到 4 絲左右。加負荷時振動要上升， 穩(wěn)定一段時間后要下降，如果低壓軸封供汽溫度在 150度以上時，振 動也要上漲。過分析我們可以看出振動主要發(fā)生在 #4 軸，承，其主要 原因是 #4 軸承座在排汽缸上，支撐剛性太差，對溫度較為敏感，使 #4 軸承的標高發(fā)生變化。東方300MV汽輪機也存在同樣的情況，這可能 是設計上的一大通病。針對這一原因，其故障排除要加固 #4軸承座的 支撐，測量溫度對 #4軸承標高的具體影響值，以便在找中心時事先降 低#4 軸承標高。汽輪機異常振動時汽輪機運行過程中不可避免的故障 , 同時也是較為常見的故障。在進

11、行此類故障排除時 , 不能急于拆解機組 首先要根據(jù)故障特征進行故障分析 , 確定故障點后查看機組維修記錄 , 確認故障點零部件情況。如故障點零部件為剛剛檢修過并更換 , 因再次 確認故障點 , 確認為改點后進行拆解。一般來講短期內進過維護保養(yǎng)的 部件出現(xiàn)故障的幾率遠遠小于維護時間長的部件。因此 , 在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外注意。機組振動測試結果是研 究分析機組運行狀況的重要技術依據(jù)。多年來 , 不少機組因振動大而拖延了投產期和檢修 期。對生產運行來說 , 接收了振動符合標準的機組以后 , 還必須加強振 動監(jiān)督 , 對振動監(jiān)測做到制度化、經?；? 必須在機組振動突然增大達到規(guī)程規(guī)定值

12、時 , 及時果斷地將機組停運, 防止擴大損壞或對振動雖然增大, 但尚未達到規(guī)程規(guī)定緊急停機數(shù)值的異?，F(xiàn)象。值得注意的是， 隨著汽輪機功率的增大，在軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大 振動并不能在軸承座上反映出來。應該直接測量轉子的振動數(shù)值作為 振動標準才是合理的，在運行中，一旦發(fā)現(xiàn)振動異常，除應加強對有 關參數(shù)的監(jiān)視、仔細傾聽汽輪機內部聲音外，還應視具體情況立即減 負荷乃至停機檢查。必要時通過各種試驗來分析機組振動異常的原 因，采取相應的處理方法及消除措施。三、汽輪機振動的防護措施（一）設計制造方面 在汽輪機組未進入現(xiàn)場安裝之前時，業(yè)主方應委托正規(guī)的監(jiān)理公 司對設計制造全過程進行跟蹤監(jiān)督，盡

13、可能將設計制造缺陷減小為J | A 零。（二）安裝檢修方面 汽輪機組安裝、檢修過程的控制是減少機組振動最為重要的手 段。每一個工序如果不認真加以控制，都有可能增加機組產生振動的 因素。故此，筆者認為，在安裝、檢修過程采用有效措施方法對以下 幾個環(huán)節(jié)加以控制，就能夠盡可能地減少汽輪機振動影響因素。1、聯(lián)軸器裝配； 2、控制好軸承軸徑水平； 3、軸系對中； 4、軸 承研磨； 5、墊鐵及滑銷系統(tǒng)安裝； 6、確立轉子中心的辦法； 7、動靜 部分間隙控制； 8、其他。（三）運行維護方面1、監(jiān)視措施 汽輪機應當裝設軸承振動測量裝置和大軸振動測量裝置，用于監(jiān) 視機組的振動情況，當振動過允許值時，應當發(fā)出聲光報警信號，以 提醒運行人員注意，及時采取相應措施，以免造成事故。2、保護措施 機組應裝設振動保護裝置，當振動超過極限值時，發(fā)出脈沖信號 去驅動保護控制電路，自動關閉主汽門，實行緊急停機，保護機組安 全。3、汽輪機組運行中振動的處理辦法1. 如機組負荷、參數(shù)變化大引起振動，應盡快穩(wěn)定機組負荷、參 數(shù)，同時注意汽輪機脹差、上下缸溫差變化。 2. 檢查潤滑油溫、油壓 及各軸承溫度是否正常，否則