電廠汽輪機(jī)振動問題分析及對策研究

電廠汽輪機(jī)振動問題分析及對策研究

Summary：本文主要以電廠汽輪機(jī)為研究對象，重點分析了汽輪機(jī)運行過程中發(fā)生的振動問題，并結(jié)合自身工作實踐與專業(yè)知識，給出切實可行的解決措施。關(guān)鍵字：電廠；汽輪機(jī)；振動；對策汽輪機(jī)的振動原因是多種多樣的，而振動又是汽輪機(jī)的主要故障原因，解決這一問題將對我國的電力生產(chǎn)產(chǎn)生極大的推動作用。目前，我國的電廠一線工人和專家學(xué)者也對這一問題進(jìn)行了研究，并且取得了相當(dāng)程度的進(jìn)展?；鹆Πl(fā)電作為我國的主要發(fā)電方式，必須保證其安全穩(wěn)定地運行。在此基礎(chǔ)上，任何投入都是不過分的。1、汽輪機(jī)振動的危害汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組作為電廠發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，一旦出現(xiàn)異常振動，對供電穩(wěn)定性、工廠生產(chǎn)等方面都會產(chǎn)生極大的影響，其具體危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，端部軸封磨損導(dǎo)致密封性降低，使得空氣漏入到低壓缸中，繼而影響外漏汽，導(dǎo)致設(shè)備局部過熱出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，蒸汽隨之與潤滑油結(jié)合，損壞油膜，并使得軸瓦鎢金熔化，在很大程度上影響機(jī)組安全性。其次，隔板汽封磨損，嚴(yán)重情況下，會瞬間增加漏汽，而軸向力與漏汽程度成正比，使得軸向力也隨之增加，熔化瓦烏金，影響設(shè)備穩(wěn)定性。最后，滑銷系統(tǒng)作為設(shè)備不可缺少的一部分，不僅能夠固定汽輪機(jī)汽缸及軸承外殼，還能夠確保機(jī)組穩(wěn)定運行，然而，長期運行情況下，滑銷受到磨損，使得機(jī)組過熱，系統(tǒng)不能夠發(fā)揮有效調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重事故，對人身安全造成一定程度的威脅。因此，了解和明確汽輪機(jī)振動的危害，積極采取針對性措施調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備，確保其穩(wěn)定運行顯得尤為重要。2、汽輪機(jī)發(fā)生振動的原因2.1氣流振動（1）頂隙激振由于對汽輪機(jī)效率和性能的追求，熱機(jī)設(shè)計人員采用了提高工作轉(zhuǎn)速和增加級數(shù)的方法，級數(shù)的變化使轉(zhuǎn)子的跨距變長，臨界轉(zhuǎn)速降低，而轉(zhuǎn)速的提高又造成工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速比變大，這就造成了軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。由于轉(zhuǎn)子的彎曲是通流部分的徑向間隙被改變了，一側(cè)的間隙變小，另一側(cè)的間隙擴(kuò)大，變小一端的熱效率增加，變大一方的熱效率減小，就會造成切向力作用在軸頸上，使軸頸沿轉(zhuǎn)動方向做正向的渦動。（2）葉輪流通部分的相互作用力葉輪的圍帶和殼體之間的縫隙很大，只要轉(zhuǎn)速超過了基頻的2.5倍，就會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。葉輪帶可以產(chǎn)生相當(dāng)大的失穩(wěn)力，當(dāng)沿葉輪帶的泄流量守恒時，就會進(jìn)入磨損環(huán)，活塞式的密封環(huán)流動就會發(fā)生非常高的切向力，而磨損造成的出口密封間隙增加又會使進(jìn)入密封的流動切向力進(jìn)一步加大，造成嚴(yán)重的振動。這時，葉輪圍帶力本身對汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子動力穩(wěn)定性起到了重大作用，磨損環(huán)、平衡活塞式密封環(huán)入口處、葉輪圍帶徑向泄流量會產(chǎn)生非常大的切向速度。氣流激振一般只發(fā)生在參數(shù)較高的高壓轉(zhuǎn)子上。通常，渦動的進(jìn)動方向都是向前的，軌跡呈橢圓形或者是圓形，振蕩時，隨振幅逐漸接近大偏心率，而自激振動的頻率接近于轉(zhuǎn)子橫向振動的固有頻率。流體激振失穩(wěn)狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子做自激振動呈現(xiàn)的模態(tài)，最大振幅一般不會出現(xiàn)在軸承的傳感器處。對這一現(xiàn)象進(jìn)行判斷要求我們安裝振型測試探頭，觀察轉(zhuǎn)子振動的幅度。2.2轉(zhuǎn)子的相對質(zhì)量不平衡第一，在機(jī)組的運行中可能會發(fā)生如某一葉片斷裂，掉落或不均勻磨損、產(chǎn)生污垢，使轉(zhuǎn)子的各部分間質(zhì)量不相等[3]。例如電機(jī)中的轉(zhuǎn)子繞著機(jī)組松動或不平衡等。由上述文本可知道，轉(zhuǎn)子上的各部分間質(zhì)量不平衡時，則轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一周，就要受到由此產(chǎn)生的離心力的作用，該類離心力成為周期性作用后，就會引起振動。第二，轉(zhuǎn)子彈性形變而引起振動。轉(zhuǎn)子發(fā)生彈性形變，就算是不導(dǎo)致汽輪機(jī)各零件部件之間的摩損，也有可能會引起振動，其振動特性和上述的第二點的所講的情況類似，需要區(qū)別的是這種振動以軸向振動作為主要特征，其軸承受力不足主要是因為軸承研不合理而引起的，故而使得油膜不穩(wěn)。特別是在通過臨界轉(zhuǎn)速的時候，會大幅度增大軸向振幅。第三，軸承油膜不穩(wěn)定或被損壞引發(fā)振動。這種情況導(dǎo)致軸瓦烏金急速燒毀，接著會由于受熱而導(dǎo)致了軸頸彎曲，就會產(chǎn)生振動。第四，水沖擊造成振動。當(dāng)蒸汽中的水分進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，形成水沖擊。造成轉(zhuǎn)子軸向推力增大，不平衡扭力由此產(chǎn)生，軸封供汽帶水使轉(zhuǎn)子劇烈振動，嚴(yán)重時甚至有可能會損壞其他裝置。第五，發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障。如發(fā)電機(jī)的各個零件之間的空氣間隙不均勻，轉(zhuǎn)子的跳動超差，轉(zhuǎn)子制造上的缺陷，松動，軸承不對中，轉(zhuǎn)子中心與汽缸中心不在同一水平線上等，都會引起機(jī)組振動。第六，汽輪機(jī)部件松動而引起振動。主要表現(xiàn)為基座或零件的松動，如動葉片，基礎(chǔ)等松動，都會引起振動。2.3轉(zhuǎn)子熱變形機(jī)組轉(zhuǎn)子熱變形原因很多，如轉(zhuǎn)子自身熱應(yīng)力，運行中氣缸進(jìn)水、進(jìn)冷空氣以及動靜摩擦、中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等幾個原因。在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后的帶負(fù)荷階段，這個時候轉(zhuǎn)子溫度是逐漸升高的，而材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的釋放會引起轉(zhuǎn)子的熱變形，帶來一倍頻振動的增大，當(dāng)然同時也有可能伴隨著相位的變化。3、防范汽輪機(jī)振動的措施3.1氣流激蕩的防止措施氣流激蕩在我國發(fā)生得比較少，但我們也不能因此就放松警惕。在這一方面，首先可以利用反漩渦技術(shù)干擾流體的周向運動，逆向注入流體，提高失穩(wěn)的界限轉(zhuǎn)速。這種技術(shù)可以衍生出大量有效的主動控制手段，不會對汽輪機(jī)造成損害；其次，可以通過增加軸頸在軸承中的偏心率，減少振動發(fā)生的情況；最后，可以改變軸承的幾何形狀，擾亂周向旋流，減少它的切向力強(qiáng)度，提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。3.2轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻的應(yīng)對措施在機(jī)器運行的過程中，摩擦是不可避免的，但是對于汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子來說，正常的摩擦產(chǎn)生的抖動和渦動等現(xiàn)象對機(jī)器本身的運轉(zhuǎn)所造成的影響是不會很大的，影響最大的主要是摩擦所帶來的轉(zhuǎn)子熱彎曲。造成轉(zhuǎn)子熱彎曲的主要原因是在動靜摩擦的時候，圓周上面的各個點所產(chǎn)生的摩擦程度是不同的，這也就導(dǎo)致了摩擦后會產(chǎn)生溫差，最終使轉(zhuǎn)子由于受熱不均而產(chǎn)生彎曲，產(chǎn)生影響汽輪機(jī)組正常運作的異常振動。這就要求在生產(chǎn)中要及時的檢查轉(zhuǎn)子的工作情況以及是否產(chǎn)生變形，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時解決，以免產(chǎn)生更大的隱患。3.3轉(zhuǎn)子熱變形的應(yīng)對措施當(dāng)然在轉(zhuǎn)子熱變形引起汽輪機(jī)組異常振動的情況中，還存在這一種可能性，這與汽輪機(jī)組的型號有著密切的關(guān)系，例如DLT717-2000型號的汽輪機(jī)組，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油產(chǎn)生的汽輪機(jī)組異常振動的現(xiàn)象。要解決轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起的汽輪機(jī)振動現(xiàn)象，首先要在轉(zhuǎn)子中心孔探傷后及時清理轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)的油，并且將中心孔的堵頭堵結(jié)實；其次，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔上的排氣孔是跟外界相通的，也會導(dǎo)致中心孔進(jìn)油，所以在最初安裝汽輪機(jī)組的時候就應(yīng)該檢查這個方面。4、結(jié)論汽輪機(jī)的振動問題是常見的引發(fā)事故的因素之一。大量實踐經(jīng)驗表明,汽輪發(fā)電機(jī)組的主要安全事故,特別是比較嚴(yán)重的裝置損壞事故，都曾表現(xiàn)出某種劇烈的不合理的振動。所以，我們應(yīng)該認(rèn)真慎重地處理汽輪機(jī)組在運行中發(fā)生的異常振動現(xiàn)象。Reference[1]周云錦.國產(chǎn)300MW機(jī)組振動問題分析及治理[J].汽輪機(jī)技術(shù),2