汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及其解決方法1

1、汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及其解決方法摘要：為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門(mén)的重要任務(wù)。文章就汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因進(jìn)行了分析與故障的排除，在振動(dòng)監(jiān)測(cè)方面應(yīng)做的工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要的論述。 關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；異常振動(dòng)；故障排除；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；汽流激振現(xiàn)象 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械來(lái)說(shuō)，微小的振動(dòng)是不可避免的，振動(dòng)幅度不超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的屬于正常振動(dòng)。這里所說(shuō)的振動(dòng)，系指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)中振幅比原有水平增大，特別是增大到超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)，也就是異常振動(dòng)。任何一種異常振動(dòng)都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水

2、路局部堵塞等）、動(dòng)靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng)，以及電磁力不平衡等等都會(huì)表面在振動(dòng)增大，甚至強(qiáng)烈振動(dòng)。 而強(qiáng)烈振又會(huì)導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動(dòng)甚至損壞，加劇動(dòng)靜部分摩擦，形成惡性循環(huán)，加劇設(shè)備損壞程度。異常振動(dòng)是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷，隱患的綜合反映，是發(fā)生故障的信號(hào)。因此，新安裝或檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過(guò)試運(yùn)行，測(cè)試各軸承振動(dòng)及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下，方可將機(jī)組投入運(yùn)行。振動(dòng)超標(biāo)的則必須查找原因，采取措施將振動(dòng)降到合格范圍內(nèi)，才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行。 一、汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析汽輪機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)。由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，

3、這嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見(jiàn)故障中較為復(fù)雜的一種故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會(huì)是機(jī)組振動(dòng)的原因，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常震動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對(duì)癥維修。針對(duì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的各個(gè)原因分析是維修汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵。 二、汽輪機(jī)組常見(jiàn)異常震動(dòng)的分析與排除引起汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的主要原因有以下幾個(gè)方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動(dòng)等。 （一）汽流激振現(xiàn)象與故障排除 汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且

4、增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來(lái)流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振；對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長(zhǎng)，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)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)象。針對(duì)汽輪機(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的記錄每次機(jī)組振動(dòng)的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢(shì)和范圍。通過(guò)改變升降負(fù)荷速率，從5T/h到50T/h的給水量逐一變化的過(guò)程，觀察曲線變化情況。通過(guò)改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)高壓調(diào)速汽門(mén)重調(diào)特性，消除氣流激振。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是確定機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負(fù)荷變化率和避開(kāi)產(chǎn)生汽流激振的負(fù)荷范圍的方式來(lái)避免汽流激振的產(chǎn)

5、生。 （二）轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致的機(jī)組異常振動(dòng)特征、原因及排除 轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動(dòng)特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后帶負(fù)荷階段，此時(shí)轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力釋放引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動(dòng)增大，同時(shí)可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類(lèi)似，因而都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類(lèi)似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。 與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會(huì)使兩端產(chǎn)生錐形運(yùn)動(dòng)，因而在軸向還會(huì)產(chǎn)生較大的工頻振動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相

6、互作用會(huì)有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個(gè)轉(zhuǎn)速下會(huì)有所減小，即在某個(gè)轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“凹谷”，這點(diǎn)與不平衡轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性有所不同。當(dāng)彎曲的作用小于不衡量時(shí)，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲作用大于不平衡量時(shí)，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機(jī)組異常振動(dòng)。沒(méi)有了振動(dòng)力的產(chǎn)生機(jī)組也就不會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)。 （三）摩擦振動(dòng)的特征、原因與排除 摩擦振動(dòng)的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動(dòng)信號(hào)的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會(huì)出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時(shí)波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦?xí)r，振動(dòng)的幅值和相

7、位都具有波動(dòng)特性，波動(dòng)持續(xù)時(shí)間可能比較長(zhǎng)。摩擦嚴(yán)重時(shí)，幅值和相位不再波動(dòng)，振幅會(huì)急劇增大。三是降速過(guò)臨界時(shí)的振動(dòng)一般較正常升速時(shí)大，停機(jī)后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，測(cè)量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動(dòng)的機(jī)理：對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)講，摩擦可以產(chǎn)生抖動(dòng)、渦動(dòng)等現(xiàn)象，但實(shí)際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。動(dòng)靜摩擦?xí)r圓周上各點(diǎn)的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動(dòng)。 三、在振動(dòng)監(jiān)測(cè)方面應(yīng)做好的工作目前200MW及以上的機(jī)組大都裝設(shè)了軸系監(jiān)控裝置，對(duì)振動(dòng)實(shí)施在線監(jiān)控，給振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作創(chuàng)造了良好的條件。其他中小型機(jī)組有的雖裝

8、有振動(dòng)監(jiān)測(cè)表，但準(zhǔn)確度較差，要靠攜帶型振動(dòng)表定期測(cè)試核對(duì)，有的機(jī)組僅靠推帶振動(dòng)表定期測(cè)試記錄。對(duì)中小型機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，一般都比較薄弱，不能堅(jiān)持定期（每周、每10天等）測(cè)試或測(cè)試記錄不全不完整等等，不利于有關(guān)振動(dòng)規(guī)定的認(rèn)真執(zhí)行。因此，電廠應(yīng)明確規(guī)定測(cè)試振動(dòng)的周期，給汽機(jī)車(chē)間專(zhuān)業(yè)人員和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)配備較高精密度的振動(dòng)表，并建立專(zhuān)業(yè)人員保存的和運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)保存的振動(dòng)測(cè)試登記簿，按規(guī)定周期測(cè)試并將測(cè)試結(jié)果記入登記簿。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比上次測(cè)試結(jié)果增大時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并分析振動(dòng)增大原因，研究采取措施，必要時(shí)增加振動(dòng)測(cè)試次數(shù)，以監(jiān)測(cè)是否繼續(xù)增大。運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常時(shí)，應(yīng)立即使用現(xiàn)場(chǎng)保管的振動(dòng)

9、表進(jìn)行測(cè)試，如振動(dòng)比上次測(cè)試結(jié)果增加了0.05mm時(shí)，應(yīng)立即打閘停機(jī)。如振動(dòng)增加雖未達(dá)到0.05mm，但振動(dòng)異常時(shí)聽(tīng)到機(jī)組有響聲（如掉葉片等），或機(jī)內(nèi)聲音異常時(shí)，也應(yīng)停機(jī)進(jìn)行檢查。對(duì)一般的振動(dòng)增大，也應(yīng)向車(chē)間匯報(bào)，以便組織分析原因，采取措施。 四、結(jié)論總之，機(jī)組振動(dòng)測(cè)試結(jié)果是研究分析機(jī)組運(yùn)行狀況的重要技術(shù)依據(jù)。多年來(lái)，不少機(jī)組因振動(dòng)大而拖延了投產(chǎn)期和檢修期。對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，接收了振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組以后，還必須加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)督，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)做到制度化、經(jīng)?；?，必須在機(jī)組振動(dòng)突然增大達(dá)到規(guī)程規(guī)定值時(shí)，及時(shí)果斷地將機(jī)組停運(yùn)，防止擴(kuò)大損壞或?qū)φ駝?dòng)雖然增大，但尚未達(dá)到規(guī)程規(guī)定緊急停機(jī)數(shù)值的異常現(xiàn)象。及時(shí)對(duì)比分

10、析，查找原因，并采取措施防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生。 作者簡(jiǎn)介：趙珣（1982），女，內(nèi)蒙古根河人，湛江電力有限公司助理工程師，研究方向：集控工程師。(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)部分平衡的不正確。(2)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等對(duì)中不好。(3)機(jī)組附屬轉(zhuǎn)動(dòng)件，如調(diào)速器、主軸帶動(dòng)的油泵、危急保安器等部件平衡的不好，安裝不良。(4)受熱的機(jī)件安裝的不正確，在冷態(tài)安裝時(shí)沒(méi)有考慮它們熱態(tài)工作時(shí)的自由熱膨脹、熱變形，使得機(jī)件在受熱工作時(shí)不能自由膨脹而變得有些彎曲，破壞平衡。如各種軸在受熱無(wú)處膨脹時(shí)，將被頂彎，失掉平衡，造成振動(dòng)；機(jī)殼受熱不能自由膨脹時(shí)，也會(huì)變形引起振動(dòng)。(5)某些機(jī)件配合尺寸不符合要求，如軸封片與軸頸配合間隙不對(duì)，配

11、合過(guò)緊，則在受熱時(shí)軸頸與密封片相摩擦，引起振動(dòng)。(6)軸承有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫層、龜裂；軸承與軸瓦安裝間隙不合適；瓦殼在軸承座中松動(dòng)；軸承動(dòng)態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動(dòng)或油膜振蕩等，造成振動(dòng)。(7)機(jī)組基礎(chǔ)不符合要求或基礎(chǔ)下沉，都會(huì)使機(jī)組發(fā)生振動(dòng)。2、運(yùn)行方面的原因(1)汽輪機(jī)汽缸保溫不良、在啟動(dòng)前預(yù)熱的不充分或者不正確，因而造成蒸汽輪機(jī)在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子處于彎曲狀態(tài)。(2)固定在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、變速器齒輪軸上的某些轉(zhuǎn)動(dòng)零件松弛、變形或者位置移動(dòng)，引起回轉(zhuǎn)體的重心位置改變加劇振動(dòng)，如葉輪和軸結(jié)合松動(dòng)、某些部分變形等。一些有嚴(yán)格重量要求的回轉(zhuǎn)零件，如聯(lián)軸器個(gè)別螺栓更換而又未做平衡試驗(yàn)，也會(huì)破壞平衡

12、，加劇振動(dòng)。(3)回轉(zhuǎn)部件的原有平衡被破壞，如葉片飛脫，葉片或葉輪腐蝕嚴(yán)重，葉輪破損，軸封損壞，葉片結(jié)垢，個(gè)別零件脫落，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞，以及靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分發(fā)生摩擦等等。(4)啟動(dòng)前預(yù)熱不均勻，機(jī)殼產(chǎn)生變形，使機(jī)組內(nèi)動(dòng)靜部件間隙不均勻，甚至產(chǎn)生摩擦，引起振動(dòng)。(5)蒸汽管路或氣體管路對(duì)機(jī)組的作用力，使機(jī)組變形、移位；管路與機(jī)組聯(lián)接不合要求等等也都造成振動(dòng)。(6)軸承潤(rùn)滑不夠或不適當(dāng)，油泵工作不穩(wěn)定，或者油膜不穩(wěn)定。(7)新蒸汽等運(yùn)行參數(shù)與要求值偏差太大。新蒸汽參數(shù)偏差過(guò)大而末及時(shí)調(diào)整，使汽輪機(jī)部件熱膨脹及熱應(yīng)力變化劇烈；汽壓、汽溫過(guò)低未及時(shí)采取措施；排汽缸溫度過(guò)高引起汽缸變形等等

13、。(8)機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速離實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速太近、機(jī)組某部件的固有振動(dòng)頻率等于或低倍于汽輪機(jī)運(yùn)行頻率，使部件或汽輪機(jī)發(fā)生共振。(9)汽輪機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)部件與汽封偏心，產(chǎn)生蒸汽自激振蕩引起振動(dòng)。(10)  發(fā)電機(jī)電磁力不平衡引起振動(dòng)。首先我想提出，振動(dòng)問(wèn)題是汽輪機(jī)事故中最為棘手的問(wèn)題，它的機(jī)理和處理手段比較復(fù)雜，下面我只是大略的概括下。汽輪機(jī)的振動(dòng)最為常見(jiàn)的有下列：1、質(zhì)量不平衡，占70%。2、中心不正，占20%。3、動(dòng)靜磨擦，占5%。4、基礎(chǔ)松動(dòng)或接觸不好，套裝部件松動(dòng)。5、油膜振蕩6、氣流激振7、匝間短路。其中氣流激振常有下列情況：1、汽封圓周間隙相差大，以致形成渦動(dòng)2、調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度

14、到一定值，振動(dòng)發(fā)生，跨過(guò)后振動(dòng)消失，且重復(fù)性好。運(yùn)行方面如果在機(jī)組設(shè)計(jì)制造、安裝和檢修期間各方面都做得比較完美，那機(jī)組就不會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)過(guò)大而影響運(yùn)行了嗎？答案是否定的，機(jī)組的振動(dòng)除了與上面的各方面因素有關(guān)外，還與機(jī)組的運(yùn)行狀況存在很大的關(guān)系。1機(jī)組膨脹機(jī)組的滑銷(xiāo)系統(tǒng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響情況，而機(jī)組的膨脹是受其滑銷(xiāo)系統(tǒng)制約的。當(dāng)滑銷(xiāo)系統(tǒng)本身不存在問(wèn)題時(shí)，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會(huì)出現(xiàn)膨脹不暢的問(wèn)題。最明顯的例子是在開(kāi)機(jī)過(guò)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(guò)快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會(huì)引起過(guò)大的差別膨脹，從而影響機(jī)組的開(kāi)機(jī)過(guò)程。當(dāng)機(jī)組的膨脹

15、不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的振動(dòng)和動(dòng)靜碰磨。2潤(rùn)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(dòng)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(dòng)的產(chǎn)生。而潤(rùn)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(gè)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(gè)重要因素就是潤(rùn)滑油油溫，潤(rùn)滑油油溫應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，過(guò)高過(guò)低都對(duì)油膜的形成不利。3軸封溫度每一軸封的溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封溫度會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。軸封溫度對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響主要表現(xiàn)為溫度對(duì)軸承座標(biāo)高的影響和溫度對(duì)端部汽封處動(dòng)靜間隙的影響，這兩方面對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及，在此不再

16、重復(fù)。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(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變。對(duì)于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來(lái)說(shuō)，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對(duì)軸承座標(biāo)高的影響上，所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響。5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流當(dāng)電流通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，這部分熱量就要會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí)，由于膨脹會(huì)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(dòng)變化；當(dāng)發(fā)電機(jī)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(huì)由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動(dòng)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(huì)隨之消失。另一方面，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存

17、在短路情況，當(dāng)電流通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放熱過(guò)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(huì)形成一動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不平衡。6斷葉片當(dāng)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(dòng)會(huì)發(fā)生明顯的變化，這種情況在現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)可能不會(huì)被察覺(jué)，因?yàn)檎駝?dòng)的變化既包括振動(dòng)大小的變化也包括振動(dòng)相位的變化，而現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動(dòng)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﹣?lái)保證外，運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)應(yīng)盡量平穩(wěn)。7大機(jī)組的調(diào)門(mén)控制方式根據(jù)資料和本人的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300 MW機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中已經(jīng)有

18、好幾臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)了1號(hào)和2號(hào)大軸振動(dòng)偏大的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)振動(dòng)機(jī)組大軸振動(dòng)的頻譜分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)振動(dòng)明顯存在半頻分量。根據(jù)分析及最后采用的措施來(lái)看，改變機(jī)組調(diào)門(mén)的控制方式可以控制的機(jī)組的振動(dòng)。具體原因是：由于機(jī)組受熱后1號(hào)和2號(hào)軸承的膨脹不一樣，結(jié)果造成1號(hào)軸承負(fù)荷較輕而2號(hào)軸承負(fù)荷較重的情況，再加上軸承的穩(wěn)定性不是太好，于是在外界因素的影響下機(jī)組很容易發(fā)生振動(dòng)異常，如果將調(diào)門(mén)的控制方式由順序閥控制改為單閥控制，則可以避免順序閥控制時(shí)3號(hào)調(diào)門(mén)開(kāi)啟而4號(hào)調(diào)門(mén)未開(kāi)時(shí)給轉(zhuǎn)子施加的向上的作用力，而正是這個(gè)作用力使1號(hào)軸承的比壓減小從而使1號(hào)軸承的負(fù)荷較輕極易使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)造成機(jī)組的振動(dòng)。蒸汽輪機(jī)異常振動(dòng)原

19、因的分析和處理措施關(guān)鍵詞：蒸汽輪機(jī),振動(dòng),措施 摘要：對(duì)合成氣壓縮機(jī)組蒸汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因進(jìn)行分析，介紹處理措施。 在某大型合成氨裝置中，合成氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)采用由意大利新比隆公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的中壓冷凝式蒸汽輪機(jī)。自2002年初到8月份該汽輪機(jī)振動(dòng)逐漸增加，在同樣工況下前軸承處振動(dòng)由25µm慢慢上升至近70µm，特別是在開(kāi)停車(chē)過(guò)程中，前軸承處軸振動(dòng)達(dá)125µm以上，另外軸承座外殼振動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)噪音也明顯增大，嚴(yán)重影響機(jī)組本身和整個(gè)合成系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷運(yùn)行。 1 汽輪機(jī)支承系統(tǒng)簡(jiǎn)介 合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為ENK32/45汽缸靠?jī)蓚?cè)的貓爪和后端兩側(cè)的支板支承在后機(jī)架

20、上，缸體后端兩側(cè)支板處各設(shè)一橫銷(xiāo)，缸體前后兩端下面中間部位各設(shè)一縱銷(xiāo)，這樣整個(gè)缸體的定位死點(diǎn)就處于后端，開(kāi)停車(chē)時(shí)缸體以后端為定位端向前膨脹或向后收縮。 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子支承在前后徑向軸承上，前后徑向軸承分別安裝在前后軸承座內(nèi)，在前軸承座內(nèi)還安裝有止推軸承。汽輪機(jī)前軸承座安裝在前機(jī)架上四角由4個(gè)球形墊圈支承，球形墊圈的高度可由下部的調(diào)整螺母調(diào)節(jié)，軸承座兩側(cè)各用2個(gè)固定螺栓壓緊，并且固定螺栓都采取了防松措施。前軸承座兩側(cè)通過(guò)2根以汽缸前端伸出的懸臂桿同缸體連接，當(dāng)缸體向前膨脹時(shí)，懸臂螺桿也推動(dòng)前軸承座在球形墊圈上向前移動(dòng)，為此在冷態(tài)安裝時(shí)，軸承座固定螺栓不壓死，其頭部同壓板間預(yù)留有0.020.03mm的

21、膨脹間隙A。 為保證軸承座的左右方向定位，在軸承座的下方還設(shè)有一縱向?qū)тN(xiāo)。 2 振動(dòng)原因查找和分析 為查找合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因。在2002年年度大修前，多次對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)前軸承座的4個(gè)固定螺栓頭部同壓板間有較大間隙，且分布不均勻，順著汽輪機(jī)方向看，4個(gè)螺栓的間隙分別為：前左0.50mm，前右0.60mm，后左1.10mm，后右1.20mm.。 汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于軸承座受熱膨脹，補(bǔ)償了軸承座固定螺栓頭部同壓板間冷態(tài)預(yù)留的膨脹間隙，二者間應(yīng)基本處于無(wú)間隙狀態(tài)。由圖l可以看出，軸承座每側(cè)2個(gè)固定螺栓都采取了連接點(diǎn)焊的防松措施，因此螺栓不會(huì)自己松動(dòng)退出。因此固定螺栓頭部同

22、壓板間出現(xiàn)較大間隙的原因只能是軸承座出現(xiàn)了下沉，軸承座與固定螺栓對(duì)應(yīng)處下移量大致等于該部位實(shí)際出現(xiàn)的間隙量。在前軸承座中，徑向軸承的安裝位置靠近后端兩個(gè)支承點(diǎn)，由于軸承座后端下沉量較大，所以徑向軸承實(shí)際下沉量要大于軸承座平均下沉量（0.85mm）。 汽輪機(jī)前徑向軸承隨軸承座下沉，引起其上支承的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子前端下沉，轉(zhuǎn)子下沉量大致等于前徑向軸承下沉量。經(jīng)查資料汽輪機(jī)前軸封，平衡盤(pán)汽封及前幾級(jí)葉輪汽封處徑向間隙均為0.200.40mm，因此轉(zhuǎn)子的下移量足以使轉(zhuǎn)子前端同汽缸前汽封下部及前幾級(jí)隔板汽封下部產(chǎn)生磨擦，引起轉(zhuǎn)子和汽缸振動(dòng)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)帶動(dòng)軸承座產(chǎn)生振動(dòng)。因汽缸質(zhì)量較大，受影響相對(duì)小些。由于磨擦主

23、要發(fā)生在前端，所以轉(zhuǎn)子前端及前軸承座振動(dòng)升幅比后端要大。動(dòng)靜部件間的磨擦和產(chǎn)生的振動(dòng)也使現(xiàn)場(chǎng)噪音有所增加。 軸承座四角不均勻下沉，也破壞了軸承座中心線同轉(zhuǎn)子中心線的平行狀態(tài)，使徑向和止推軸承瓦塊工作狀況變壞；另外軸承座帶動(dòng)轉(zhuǎn)子下沉，還使轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)的徑向位置嚴(yán)重偏心，這些都是激起轉(zhuǎn)子振動(dòng)的重要原因。 分析認(rèn)為造成軸承座下沉的原因大致有3點(diǎn)：球形墊下部與可調(diào)支承螺母間磨損；球形墊上部與軸承座下支承面間發(fā)生磨損；可調(diào)支承螺母松動(dòng)下移。 3 故障排除 2002年大修中，把合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)檢修重點(diǎn)放在前軸承座上。將前軸承座吊出檢查，發(fā)現(xiàn)四角支承系統(tǒng)中的4個(gè)可調(diào)支承螺母均緊固良好。但是，軸承座下部支

24、承面同球形墊接觸處磨出4個(gè)深度不同的環(huán)形凹坑，其深度為：前左0.20 mm，前右0.40 mm，后左0.50 mm，后右0.80 mm。檢查前軸承徑向瓦塊和推力瓦塊，均出現(xiàn)偏磨。汽輪機(jī)缸體前端軸封、平衡盤(pán)密封、缸體前半部各級(jí)葉輪密封的汽封齒被嚴(yán)重磨損。轉(zhuǎn)子上鑲嵌的前軸封齒，前幾級(jí)葉輪的級(jí)間汽封齒都嚴(yán)重磨損。 在開(kāi)停車(chē)過(guò)程中，汽輪機(jī)前軸承座要在其球形支承墊上前后移動(dòng)，但當(dāng)軸承座下部支承面被球形墊磨出凹坑后，球形墊上部便有部分嵌入凹坑內(nèi)，嚴(yán)重影響軸承座的前后正?；瑒?dòng)。 檢修中，把前軸承座下部支承面精加工處理，消除凹坑，對(duì)下半缸內(nèi)磨損的汽封齒進(jìn)行了修復(fù)，更換了4套球形墊及下部調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還更換了前端軸

25、封套、平衡盤(pán)汽封套、轉(zhuǎn)子、軸承。前軸承座就位后，以缸體為基準(zhǔn)，按原始安裝標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)整軸承座的高度，水平度和左右位置，使軸承座中心同缸體中心同心。 檢修后開(kāi)車(chē)一年多來(lái)，合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)軸振動(dòng)值小于30µm，前軸承處軸振動(dòng)值在滿負(fù)荷、超額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)也不超過(guò)20µm，開(kāi)停車(chē)過(guò)程軸振動(dòng)值小于50µm，汽輪機(jī)前軸承座外殼振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)噪音也大大降低。 4 結(jié)束語(yǔ) 此合成氨裝置中使用的4臺(tái)蒸汽輪機(jī)，其軸承座的支承方式都是采用四角4個(gè)球形墊支承，這種支承方式的優(yōu)點(diǎn)是軸承座移動(dòng)靈活，上下位置調(diào)整方便，其不足就是支承承力面較小，由于振動(dòng)等原因，支承元件容易發(fā)生磨損，引起軸承座下

26、沉。因此，在對(duì)大機(jī)組的日常巡檢及檢修時(shí)，要把汽輪機(jī)軸承座支承系統(tǒng)的檢查作為重點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防患于未然。必要時(shí)可采取在兩側(cè)支承元件間各加一備用支承板的措施，如圖1中所示的部件（備用支承板上部同軸承座下支承面間預(yù)留0.050.06 mm間隙），能有效地防止因軸承座下降過(guò)多造成的動(dòng)靜部件磨擦。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起的振動(dòng)分析摘 要 針對(duì)50MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的故障事件，通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)特點(diǎn)的描述，分析了汽輪機(jī)振動(dòng)和轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的原因以及引起振動(dòng)的機(jī)理，提出了該故障的診斷方法和防止轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的措施。 關(guān)鍵詞 汽輪機(jī)；轉(zhuǎn)子；振動(dòng) 2004年河南省電力系統(tǒng)連續(xù)出現(xiàn)2起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油

27、的故障，1臺(tái)為125 MW機(jī)組，1臺(tái)為50 MW機(jī)組。本文針對(duì)其中的1臺(tái)50 MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因進(jìn)行了分析，并提出該故障的診斷方法和解決問(wèn)題的途徑。  1 振動(dòng)特點(diǎn)  汽輪機(jī)型號(hào)為C50-8.83/0.981，發(fā)電機(jī)型號(hào)為QF-60-2。如圖1所示，1，2號(hào)軸承支承汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，1號(hào)軸承為座落前箱內(nèi)的落地軸承，2號(hào)軸承座落在排汽缸上，3，4號(hào)軸承支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為落地軸承。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以剛性聯(lián)軸器連接。 1.1 配重前啟動(dòng) 2004-06-26，啟動(dòng)升速至過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，2號(hào)軸承最大振動(dòng)為39.1 祄，其它軸承振動(dòng)均小于30 祄，說(shuō)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

28、子的平衡狀態(tài)良好。 空載3 000 r/min下，除了2號(hào)軸承垂直振動(dòng)39 祄外，其它軸承振動(dòng)均在30 祄以下。帶負(fù)荷到48 MW，2號(hào)軸承振動(dòng)從60 祄很快升至84.5 祄，被迫打閘停機(jī)。降速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速2號(hào)軸承垂直振動(dòng)達(dá)125 祄。盤(pán)車(chē)時(shí)，大軸撓度比開(kāi)機(jī)增大40 祄。從3 000 r/min帶負(fù)荷停機(jī)過(guò)程的軸承垂直振動(dòng)趨勢(shì)圖可知，振動(dòng)增大的部位主要是2號(hào)軸承，發(fā)電機(jī)的2個(gè)軸承振動(dòng)基本不變，因而可以判定故障存在于汽輪機(jī)側(cè)。 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般存在轉(zhuǎn)子熱變形的機(jī)組，只要把空載3 000 r/min時(shí)的下軸承基頻振動(dòng)降低到20 祄以下，帶負(fù)荷后的振動(dòng)就能維持在50 祄以?xún)?nèi)的合格范圍。所以停機(jī)后在汽

29、輪機(jī)末級(jí)葉輪進(jìn)行配重，以降低2號(hào)軸承的垂直振動(dòng)。 1.2 配重后啟動(dòng) 2004-06-27，機(jī)組配置后再次啟動(dòng)，在空載3 000 r/min下，2號(hào)軸承的垂直振動(dòng)為15 祄，其它均小于15 祄。帶負(fù)荷20 MW時(shí)振動(dòng)基本不變，負(fù)荷增到30 MW，2號(hào)軸承振動(dòng)增大至40 祄，穩(wěn)定一段時(shí)間后，振動(dòng)稍有降低。接著開(kāi)始升負(fù)荷至35 MW，振動(dòng)升至46.8 祄。立刻減負(fù)荷至30 MW，振動(dòng)突升至54.1 祄，又升負(fù)荷至37 MW，振動(dòng)繼續(xù)升高。隨即減負(fù)荷，當(dāng)振動(dòng)升到91.7 祄時(shí)，打閘停機(jī)。降速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速2號(hào)軸承垂直振動(dòng)達(dá)8 祄。盤(pán)車(chē)時(shí)大軸撓度比開(kāi)機(jī)增大100 祄。 1.3 第3次啟動(dòng) 前2次啟動(dòng)過(guò)程中

30、，后汽封溫度達(dá)300，而該汽封設(shè)計(jì)汽源為除氧器汽平衡供汽，溫度在150左右，顯然后汽封溫度偏高；另外，前2次啟動(dòng)過(guò)程中，本體疏水沒(méi)有打開(kāi)。 為了排除這2個(gè)因素的影響，2004-06-29又開(kāi)一次機(jī)。在這一次啟動(dòng)過(guò)程中，本體疏水全部打開(kāi)，后汽封溫度控制在160以下。這次從啟動(dòng)升速過(guò)程到20 MW負(fù)荷，2號(hào)軸承振動(dòng)與上一次差別不大。負(fù)荷到24 MW，2號(hào)軸承振動(dòng)開(kāi)始快速突升到 90.7 祄，被迫打閘停機(jī)。 3次啟動(dòng)過(guò)程的振動(dòng)特點(diǎn)為： (1) 振動(dòng)主要是基頻成份，其它分量很少，因此屬于不平衡激起的強(qiáng)迫振動(dòng)； (2) 振動(dòng)隨時(shí)間和啟停機(jī)的次數(shù)增多而顯著增大，振動(dòng)突增負(fù)荷點(diǎn)一次比一次小，說(shuō)明振動(dòng)故障逐次

31、惡化； (3) 當(dāng)振動(dòng)突增后，即使減負(fù)荷到0，振動(dòng)亦不會(huì)降低而是繼續(xù)增加。停機(jī)過(guò)程中過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)值比開(kāi)機(jī)過(guò)程大； (4) 2號(hào)軸承振動(dòng)一旦開(kāi)始爬升很快發(fā)散至報(bào)警值，并且沒(méi)有盡頭，在這種振動(dòng)狀態(tài)下機(jī)組是無(wú)法運(yùn)行的。 2 振動(dòng)原因分析  該機(jī)組振動(dòng)的基本特點(diǎn)是，隨著時(shí)間增加，不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)增加。造成這種振動(dòng)的故障缺陷可能是： (1) 汽缸膨脹受阻,使軸承支承剛度降低； (2) 轉(zhuǎn)子熱彎曲。 通過(guò)檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)絕對(duì)膨脹、脹差在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)異常，軸承座與臺(tái)板接觸面也沒(méi)有出現(xiàn)間隙，膨脹也沒(méi)有卡澀跡象，所以可以排除第一項(xiàng)缺陷，因而轉(zhuǎn)子熱彎曲成為主要懷疑對(duì)象。 造成轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因如下： (1

32、) 轉(zhuǎn)軸內(nèi)應(yīng)力過(guò)大； (2) 轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均； (3) 轉(zhuǎn)軸套裝部件失去緊力； (4) 高溫轉(zhuǎn)子與冷水、冷汽接觸； (5) 動(dòng)靜摩擦； (6) 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油。 根據(jù)振動(dòng)的變化特點(diǎn)，可以排除第13個(gè)原因，因?yàn)檫@3個(gè)原因引起的振動(dòng)均變化緩慢，而該機(jī)的振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)突變，且隨啟停次數(shù)的增加，一次比一次嚴(yán)重。 因試運(yùn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)汽缸和本體疏水情況出現(xiàn)異常，可以排除第4個(gè)原因。 因摩擦振動(dòng)的相位變化較大，而該機(jī)振動(dòng)的相位變化較小(20。左右)，所以可以排除第5個(gè)原因。只有第6個(gè)原因不能排除，有必要對(duì)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)行檢查。  3 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因及其引起振動(dòng)的機(jī)理  打開(kāi)汽輪機(jī)前箱，拆掉調(diào)

33、速器小軸，這時(shí)就從孔中流出重約1 kg的黑色油，經(jīng)化驗(yàn)，與該機(jī)組使用的潤(rùn)滑油相同，說(shuō)明油是從孔外吸入的。清理干凈孔內(nèi)進(jìn)油，將轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔堵死后，重新啟動(dòng)，機(jī)組在50 MW負(fù)荷下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，14號(hào)軸承振動(dòng)均在10 祄左右。 3.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油原因 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的原因，一是探傷時(shí)中心孔內(nèi)涂的油沒(méi)有清理干凈。就該機(jī)而言，安裝前已對(duì)中心孔進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)存油。另一個(gè)原因是中心孔端部堵頭上的排氣孔未封嚴(yán)，運(yùn)行中，孔內(nèi)的空氣受熱膨脹逸出，停機(jī)后轉(zhuǎn)子冷卻，孔內(nèi)的空氣也冷卻收縮，外界的空氣就會(huì)通過(guò)鍵與聯(lián)軸器的間隙和中心孔堵頭上的排氣孔進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心孔。停機(jī)后機(jī)組進(jìn)行盤(pán)車(chē)，來(lái)自噴油管的潤(rùn)滑

34、油對(duì)盤(pán)車(chē)大齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑，此時(shí)，該股潤(rùn)滑油也隨外界空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心孔。隨著機(jī)組啟停次數(shù)增加，進(jìn)入中心孔的潤(rùn)滑油也越積越多。 3.2 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起振動(dòng)的機(jī)理 在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)存油而未充滿時(shí)，在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。由于轉(zhuǎn)子存在一定的撓度，致使中心孔的幾何中心和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心不重合，因而孔壁上的油膜厚度不同，當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度升高時(shí)，油與孔壁間產(chǎn)生熱交換，油吸熱而氣化。由于不同厚度的油膜與孔壁間的熱交換的程度不同，使轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生溫差，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲。熱彎曲不但隨著機(jī)組有功負(fù)荷的增大而加大，而且在暖機(jī)和升速過(guò)程中也能明顯反映出來(lái)。暖機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)引起過(guò)大振動(dòng)，甚至使機(jī)組不能升

35、速到滿轉(zhuǎn)。并且，開(kāi)停機(jī)次數(shù)愈多，被吸進(jìn)轉(zhuǎn)子中心孔的油愈多，振動(dòng)現(xiàn)象愈明顯。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油達(dá)0.15 kg，就會(huì)使機(jī)組振動(dòng)發(fā)生明顯的變化。 氣化的油有2種去向：一是逸出轉(zhuǎn)子中心孔外，二是在轉(zhuǎn)子低溫段凝結(jié)，放出凝結(jié)熱，這同樣會(huì)引起不均勻的熱交換。 油與孔壁的熱交換隨著轉(zhuǎn)子溫度的升高而加快，使轉(zhuǎn)子熱彎曲逐漸增大，由于汽輪機(jī)缸內(nèi)動(dòng)靜間隙小，還可能引起動(dòng)靜摩擦，導(dǎo)致振動(dòng)持續(xù)增加或突變。  4 防止轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的措施  (1) 對(duì)轉(zhuǎn)子中心孔探傷時(shí)，里面涂的油一定要清理干凈，并把堵頭堵好。 (2) 由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔堵頭上的排氣孔與外界相通是發(fā)生轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油的主要原因，因

36、此在安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有排氣孔就應(yīng)把它堵死。制造廠應(yīng)取消汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心堵頭的排氣孔或者采用實(shí)心轉(zhuǎn)子。 (3) 有些轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油是從轉(zhuǎn)子前面吸入的，所以安裝時(shí)還要檢查調(diào)速器小軸是否存在進(jìn)油的隱患。電站汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)試驗(yàn)研究1 調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣流振蕩引起的閥桿振動(dòng)      汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥內(nèi)的流動(dòng)是復(fù)雜的非定常三維可壓湍流流動(dòng)，閥體內(nèi)流動(dòng)所引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象是一種綜合效應(yīng)，一般來(lái)講，閥門(mén)中的流動(dòng)是非定常的，閥門(mén)的振動(dòng)是流固耦合的。閥桿的振動(dòng)形式有橫向振動(dòng)和軸向振動(dòng)兩種，這兩種振動(dòng)的頻率并不相同。僅就汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)安全性而言，類(lèi)似閥桿斷裂1.2、閥桿

37、振動(dòng)3、閥座拔起1等事故曾經(jīng)發(fā)生，而調(diào)節(jié)閥氣體流動(dòng)的不穩(wěn)定是導(dǎo)致閥體振動(dòng)的主要原因5。由于調(diào)節(jié)閥要在不同的開(kāi)度下工作，要求它在各種工況下都能穩(wěn)定工作， 所以對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)和研究十分必要。本文以電站汽輪機(jī)常用的調(diào)節(jié)閥作為研究對(duì)象。      2 旋渦誘發(fā)的振動(dòng)      調(diào)節(jié)閥進(jìn)口氣體流向閥桿和閥瓣， 閥桿和閥瓣周?chē)牧鲬B(tài)是圓柱體繞流的情況。在尾流中形成一個(gè)規(guī)則的旋渦流型，這種旋渦流動(dòng)和圓柱體的運(yùn)動(dòng)相互作用，并且成為旋渦誘發(fā)振動(dòng)效應(yīng)的根源。當(dāng)雷諾數(shù)從300到大約3×105的范圍內(nèi)時(shí)

38、，旋渦會(huì)以一個(gè)相當(dāng)明確的頻率周期性地脫落6。對(duì)于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的閥桿和閥瓣來(lái)說(shuō)，如果旋渦脫落頻率恰好接近或等于閥桿的固有頻率時(shí)，會(huì)造成閥桿的振動(dòng)或共振，進(jìn)而可能造成破壞。對(duì)于閥桿- 閥瓣這樣的圓柱體，旋渦脫落頻率分布在很寬的一個(gè)頻帶里，其主導(dǎo)頻率為：            式中，St 斯托羅哈爾數(shù)               U 來(lái)流速度，m/s&#

39、160;              l-  特征尺度，m      如果來(lái)流的流動(dòng)速度剛好導(dǎo)致閥桿和閥瓣共振時(shí)，不但會(huì)對(duì)閥體本身造成破壞，而且會(huì)增強(qiáng)旋渦的強(qiáng)度，使得與調(diào)節(jié)閥連接的其他構(gòu)件的不穩(wěn)定性增加。所以，要盡量避免使閥體的振動(dòng)頻率為旋渦脫落頻率的約數(shù)或倍數(shù)，以免產(chǎn)生連鎖效應(yīng)。      3 調(diào)節(jié)閥模型試驗(yàn)    &

40、#160; 試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎眯途€閥，介質(zhì)為空氣。由高壓氣源來(lái)的空氣進(jìn)入調(diào)節(jié)閥，進(jìn)口和出口方向形成90°（圖1）。氣流進(jìn)入閥瓣和閥座間的環(huán)形通道流出后流入閥座，經(jīng)閥座漸擴(kuò)段擴(kuò)壓后排出。試驗(yàn)中，氣體流量、壓力溫度有專(zhuān)門(mén)的測(cè)量管段和測(cè)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)壓力采用直徑為1.6mm的超微型壓力傳感器及其高頻動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)來(lái)測(cè)定。在閥門(mén)各關(guān)鍵部位都設(shè)置了測(cè)點(diǎn)。由于閥座喉部及閥瓣表面是最能直接反映閥內(nèi)流體流動(dòng)變化情況的， 所以在閥座喉部至少布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)（間隔90°布置，記為閥座喉部1、2和3，分別對(duì)應(yīng)喉部的下、右、和上方）。另外，在閥座漸擴(kuò)段、收縮段也相應(yīng)布置了測(cè)點(diǎn)。   &

41、#160;  4 閥桿- 閥瓣的固有頻率      由于閥桿- 閥瓣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其橫向剛性遠(yuǎn)小于軸向剛性，使其低階固有頻率以橫向?yàn)橹?。而軸向固有頻率很大，一般很難發(fā)生低頻大振幅的軸向共振， 軸向振動(dòng)大多是由于軸向激振力所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)。為了搞清楚調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣體流動(dòng)與閥桿- 閥瓣固有頻率之間的關(guān)系，本文進(jìn)行了兩種具有不同固有頻率的閥桿- 閥瓣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試和計(jì)算， 即原型閥瓣和增大質(zhì)量的閥瓣（稱(chēng)為大質(zhì)量閥瓣或閥瓣）。閥桿- 閥瓣各階固有頻率如表1所示。表1  線型閥瓣和原型閥瓣固有頻率 固有頻率階次一二三四固有

42、頻率（Hz）閥瓣9.419.8412.5418.8782.3790.5953.1原型閥瓣20.823.1418.8420834.4859.41256      5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析      實(shí)驗(yàn)是在不同壓比和相對(duì)升程下進(jìn)行的。壓比為閥后與閥前壓力之比，相對(duì)升程為閥桿的升程與閥門(mén)的配合直徑之比。試驗(yàn)壓比范圍0.400.95，相對(duì)升程范圍3.7%41%。本文把相對(duì)升程 =10%20%稱(chēng)為中等升程，壓比=0.60.7稱(chēng)為中等壓比。動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)的峰- 峰值用p表示。      5.1 閥座喉部      閥座喉部3個(gè)測(cè)點(diǎn)在不同壓比和相對(duì)升程條件下的壓力脈動(dòng)值如圖2和圖3所示。從圖2看出，閥瓣的閥座喉部1測(cè)點(diǎn)在中等相對(duì)升程=14.8%時(shí)，壓力脈動(dòng)隨壓比增大而下降，閥座喉部2和3測(cè)點(diǎn)的p變化雖然比較平緩，但兩個(gè)測(cè)點(diǎn)隨增加而變化的趨勢(shì)卻相反，可見(jiàn)閥瓣中流動(dòng)不平衡。在中等升程時(shí)，原