汽輪發(fā)電機(jī)組的振動

汽輪發(fā)電機(jī)組的振動汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中會出現(xiàn)振動，但要保持在允許范圍內(nèi)。機(jī)組振動是評價機(jī)組可靠性的重要指標(biāo)之一，而振動異常是常見的運(yùn)行故障。如果不采取措施，振動過大會使機(jī)組各連接部位松動，降低連接剛度，進(jìn)一步加劇振動。因此，應(yīng)正確分析振動產(chǎn)生原因和性質(zhì)，判斷造成振動過大的部位，并采取相應(yīng)措施，使振動減小到允許范圍。檢修工作應(yīng)掌握產(chǎn)生振動的規(guī)律和與振動聯(lián)系密切的設(shè)備，提高檢修質(zhì)量，防止出現(xiàn)異常振動。機(jī)組振動異常的原因復(fù)雜，涉及到機(jī)組制造、安裝、檢修和運(yùn)行各個方面。因此，無論是檢修人員還是運(yùn)行人員，都應(yīng)具備這方面的基本知識。機(jī)組振動過大會引起設(shè)備損壞，甚至造成嚴(yán)重后果。危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）直接造成機(jī)組停機(jī)事故；（2）機(jī)組振動造成動靜部分摩擦，使機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降、軸向推力上升甚至造成推力瓦塊損壞；（3）振動導(dǎo)致機(jī)組零部件損壞，如葉片、圍帶等轉(zhuǎn)動零件的損壞，以及軸承合金的損壞；（4）振動使各連接件松動，如軸承上的連接件、主油泵、凝汽器及發(fā)電機(jī)冷卻管、法蘭連接螺栓等。為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，機(jī)組振動值必須保持在一定范圍內(nèi)，這個范圍就是振動的標(biāo)準(zhǔn)。我國電力部頒布了汽輪發(fā)電機(jī)組振動的振幅值標(biāo)準(zhǔn)，見表4－1。在額定轉(zhuǎn)速下，機(jī)組的振動狀況應(yīng)通過測量軸承座在垂直、水平和軸向三個方向上的振動峰值來評估。如果機(jī)組中的任何一個軸承處的振動不合格，那么就認(rèn)為機(jī)組的振動狀態(tài)不合格。國際電工委員會在1968年推薦了表4-2中的振動值作為機(jī)組是否處于良好運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。每次測量都應(yīng)在同一測量點(diǎn)測取，因此軸承座上測量部位應(yīng)有標(biāo)記。表4-2顯示了汽輪發(fā)電機(jī)組振動標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是在IEC1968年會議上推薦的。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速越高，振動標(biāo)準(zhǔn)就越低。應(yīng)該指出，振動頻率通常具有復(fù)雜的振譜，包括各種高頻和低頻分量。低頻分量的振幅較大，對機(jī)組的運(yùn)行具有更大危險性，因此也更引起人們注意。在機(jī)組容量較大的情況下，直接測定轉(zhuǎn)軸的振動作為振動標(biāo)準(zhǔn)來考核就比較合理，但目前多數(shù)機(jī)組還以軸承振動值作為標(biāo)準(zhǔn)。表4-3是一臺國產(chǎn)N200型汽輪機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)測的振動頻率特性。該表顯示了不同軸承編號的雙振幅2A值。部件松動或變形等。轉(zhuǎn)子彎曲可以是由于制造不良、運(yùn)行過程中過載、熱應(yīng)力等原因引起；葉片腐蝕或不均勻結(jié)垢可以導(dǎo)致葉片失衡；轉(zhuǎn)動部件松動或變形可以是由于零件磨損、安裝不當(dāng)?shù)仍蛞稹?．消除措施對于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動，可以采取平衡校正、更換失衡的葉片或清除結(jié)垢等措施。對于轉(zhuǎn)子彎曲引起的振動，可以采取加強(qiáng)軸系剛性、更換彎曲的軸等措施。二、軸承故障引起的振動軸承故障引起的振動是由于軸承失效導(dǎo)致的，其振動特征與軸承類型、故障類型、故障嚴(yán)重程度等有關(guān)。1．振動特征振動頻率與轉(zhuǎn)速不一致，振動波形復(fù)雜，含有高頻成分和低頻成分。2．引起振動原因軸承故障的原因包括過載、磨損、潤滑不良、污染等。3．消除措施對于軸承故障引起的振動，應(yīng)該及時更換故障的軸承，檢查軸承安裝是否正確，潤滑是否充分等。三、葉片失效引起的振動葉片失效引起的振動是由于葉片斷裂、脫落或變形等原因?qū)е碌摹?．振動特征振動頻率與轉(zhuǎn)速一致，振幅值隨轉(zhuǎn)速升高而增大，通過臨界轉(zhuǎn)速時振動明顯加劇，機(jī)組某個軸承振動明顯。2．引起振動原因葉片失效的原因包括葉片材料質(zhì)量不良、葉片設(shè)計不合理、葉片磨損等。3．消除措施對于葉片失效引起的振動，應(yīng)該及時更換失效的葉片，檢查葉片安裝是否正確，材料是否符合要求等。通過對振動特征、原因及消除措施的分析，可以找出機(jī)組振動過大的原因，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行消除。同時，對于汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)，也需要加強(qiáng)監(jiān)視檢查，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。原因：凝汽器真空度不穩(wěn)定，導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片受到不同程度的氣體沖擊。消除振動措施：提高凝汽器真空度穩(wěn)定性；檢查凝汽器內(nèi)部是否存在異物或堵塞情況；檢查汽輪機(jī)葉片是否受損或磨損嚴(yán)重。(5）振動特征：振動頻率與轉(zhuǎn)速不一致，振動值較小。原因：轉(zhuǎn)子連接處存在輕微的偏心或不對中。消除振動措施：重新調(diào)整轉(zhuǎn)子連接處的對中；對轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速平衡?？傊?，消除轉(zhuǎn)子振動問題需要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施，包括調(diào)整轉(zhuǎn)子連接、重新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心、修復(fù)損壞的部件等。同時，也需注意振動過大可能會影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因此必須及時解決。汽輪機(jī)運(yùn)行時，排汽缸會受到大氣壓力的作用而下沉，從而導(dǎo)致動、靜部分中心的改變。另外，由于凝汽器充水等原因，剛性聯(lián)接的凝汽器會對排汽缸上出現(xiàn)作用力，進(jìn)而導(dǎo)致位置的改變。為了消除這種振動，機(jī)組在找中心時應(yīng)預(yù)先考慮凝汽器真空的影響，并在凝汽器下部增加支撐。轉(zhuǎn)動部分局部摩擦也會引起振動。這種振動一般表現(xiàn)在摩擦處附近，在升速或停機(jī)過程中能聽到金屬摩擦聲。低于臨界轉(zhuǎn)速下的振動往往比高于臨界轉(zhuǎn)速的振動強(qiáng)烈，振動波形也更為紊亂。低于臨界轉(zhuǎn)速下的摩擦振動大于高于臨界轉(zhuǎn)速下的振動，其原因在于滯后角不同。在低于臨界轉(zhuǎn)速時，當(dāng)轉(zhuǎn)子彎曲變形的凸面出現(xiàn)在摩擦點(diǎn)時，會產(chǎn)生熱彎曲，從而產(chǎn)生新的不平衡力，使得不平衡量不斷增大，摩擦點(diǎn)向逆轉(zhuǎn)向移動，振動越來越大，形成惡性循環(huán)，對機(jī)組安全運(yùn)行威脅極大，短期內(nèi)可能會造成大軸彎曲。而當(dāng)摩擦轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速時，不平衡量會逐漸減小，而摩擦點(diǎn)不斷逆轉(zhuǎn)向移動，威脅要小得多。出現(xiàn)滯后角的原因是轉(zhuǎn)子振動存在材料阻尼，因此振動位移必然滯后于不平衡離心力，而滯后角的值可以用特定的公式表示。為了消除這種振動，可以采取相應(yīng)的措施，如減少材料阻尼、增加支撐等。振動體剛度系數(shù)K、材料阻尼系數(shù)β、振動體質(zhì)量m和角速度ω之間的關(guān)系可以用公式ωcr=K/m表示。根據(jù)公式(4-5)，當(dāng)ω<<ωcr時，振動的滯后角小于90o；當(dāng)ω=ωcr時，滯后角為90o；當(dāng)ω>>ωcr時，滯后角大于90o。因此，當(dāng)摩擦轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時，振動的滯后角小于90o，而高于臨界轉(zhuǎn)速時，振動的滯后角大于90o。摩擦轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速的原因可能是動葉與靜葉之間的摩擦、軸封、汽封徑向間隙過小或風(fēng)擋、油擋及汽封安裝不當(dāng)。為消除振動，可以調(diào)整動、靜部分軸向或徑向間隙，調(diào)整軸封汽封間隙，控制溫升率不致過大，軸封汽溫適當(dāng)。零部件松動和基礎(chǔ)缺陷會導(dǎo)致不同的振動特征和原因。例如，球面軸瓦在軸承洼窩內(nèi)松動會導(dǎo)致振動無規(guī)律，軸承外殼上能聽到咚咚的響聲。為消除這種振動，可以改善軸瓦在軸承洼窩內(nèi)接觸情況，調(diào)整緊力，檢查墊鐵的固定螺釘緊固情況。另外，軸承座緊固螺釘松動、軸承座底面與基礎(chǔ)貼合不嚴(yán)密、基礎(chǔ)下沉或變形等原因也會導(dǎo)致振動。為消除這些振動，可以緊固螺栓使軸承座底面緊貼基礎(chǔ)，調(diào)整基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)的貼合面。潤滑油系統(tǒng)不正常也會引起振動。油膜不穩(wěn)定會導(dǎo)致振動不穩(wěn)定、振動頻率與轉(zhuǎn)速不符、振幅時大時小、波形紊亂等現(xiàn)象。產(chǎn)生油膜不穩(wěn)定的原因可能是油供應(yīng)不足、油溫太低、油質(zhì)不好或軸瓦間隙不當(dāng)。為消除這種振動，可以檢查供油壓力和回油溫度，確保供油，機(jī)組啟動前將油加熱保證供油溫度，及時更換不合格潤滑油，調(diào)整軸瓦間隙。發(fā)電機(jī)缺陷也會引起振動，包括機(jī)械性能不良和電磁性能不良引起的振動。對于電磁性能不良引起的振動，通勵磁電流以后才會出現(xiàn)振動，隨著勵磁電流增大，振動明顯加大，振動頻率常與轉(zhuǎn)速一致或倍頻振動。發(fā)電機(jī)振動問題及解決方法發(fā)電機(jī)振動問題是發(fā)電機(jī)運(yùn)行中常見的故障之一。振動會導(dǎo)致機(jī)組不穩(wěn)定、噪音大、壽命縮短等問題。以下是常見的發(fā)電機(jī)振動問題及解決方法：一、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈匝間短路和氣隙不均勻振動特征：常出現(xiàn)倍頻振動，與發(fā)電機(jī)熱狀態(tài)無關(guān)；振動頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)。原因：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈匝間短路和氣隙不均勻。消除振動的措施：消除線圈匝間短路，調(diào)整氣隙。二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈熱膨脹不規(guī)則和熱處理不當(dāng)振動特征：與發(fā)電機(jī)熱狀態(tài)有關(guān)；振動頻率與轉(zhuǎn)速一致。原因：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈熱膨脹不規(guī)則和熱處理不當(dāng)，受熱后變彎曲。消除振動的措施：檢修轉(zhuǎn)子線圈；對受熱后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲的現(xiàn)象一般很難消除。三、軸承座幾何中心與軸頸承力中心不重合振動特征：軸承座產(chǎn)生軸向振動；振動頻率與轉(zhuǎn)速一致；轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時軸承座軸向振動明顯增加。原因：軸頸承力中心沿軸向周期變化時，軸承幾何中心與軸頸承力中心不重合而產(chǎn)生力矩，如軸承軸向剛度不足將產(chǎn)生軸承的軸向振動。消除振動的措施：增大軸承座與臺板之間的聯(lián)結(jié)剛性；作好轉(zhuǎn)子的平衡，減小垂直振動，也能減小軸向振動。四、軸承油膜振蕩振動特征：自激振動，其振動特征、產(chǎn)生振動原因及消除振動的措施在軸承檢修的有關(guān)章節(jié)中陳述。五、轉(zhuǎn)子間隙自激振蕩振動特征：屬自激振動，其渦動是同向異步的；振動與汽輪機(jī)所發(fā)功率有明顯關(guān)系，當(dāng)汽輪機(jī)達(dá)到一定負(fù)荷時，機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，當(dāng)負(fù)荷減小到某一值時，振動突然消失；振動頻率等于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速。原因：轉(zhuǎn)子徑向間隙不均，蒸汽在圓周上不均勻泄漏所引起的一種間隙自激振動。其產(chǎn)生原因是轉(zhuǎn)子受到某一外擾，使轉(zhuǎn)子彎曲與汽缸不同心。消除振動的措施：增加轉(zhuǎn)子徑向間隙的均勻性，減小轉(zhuǎn)子彎曲程度。第一段：文章描述了一起發(fā)電機(jī)大軸彎曲事故的發(fā)生過程。在熱態(tài)啟動時，轉(zhuǎn)子晃動值已超過規(guī)定值，但錯誤地強(qiáng)行啟動，導(dǎo)致摩擦增強(qiáng)，振動加劇，最終造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。應(yīng)該停機(jī)盤車直軸，待晃動值減小合格后再啟動。第二段：文章描述了一起汽輪發(fā)電機(jī)組在啟動時發(fā)生的強(qiáng)烈振動事故。在轉(zhuǎn)速達(dá)到2400r/min以上時，6號和7號軸承振幅達(dá)到0.27mm和0.16mm，轉(zhuǎn)子出水支座向外甩水，風(fēng)葉與擋風(fēng)板有嚴(yán)重摩擦聲，只能被迫停機(jī)。經(jīng)處理后再次啟動，振動情況與第一次基本相同，只運(yùn)行3min即停機(jī)。表格記錄了不同轉(zhuǎn)速下振動測量值。原因分析未給出。表4-4顯示，在2400~2500r/min之間，6號軸承振動從0.02mm迅速增加到0.20mm，7號軸承振動從0.014mm增加到0.13mm（在稍低于此轉(zhuǎn)速時消失）。示波器顯示，在2400r/min之前，振動波形一直很穩(wěn)定并且有規(guī)律，其振動頻率與轉(zhuǎn)速相同。然而，之后振動突然發(fā)生，此時頻率為16.3Hz（978次/分鐘）。低頻振動影響汽輪機(jī)側(cè)。5號軸承的振動特征類似6號軸承，但最大振幅僅為0.12mm。越向機(jī)頭方向的軸承，低頻振動影響越小。實(shí)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速為978r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為2790r/min。由于低頻振動主要表現(xiàn)在6、7號軸承上，并且低頻振動頻率與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相符，因此可以認(rèn)為是6、7號軸承產(chǎn)生了油膜振蕩。消除油膜振蕩的處理方法有很多，其基本出發(fā)點(diǎn)是擴(kuò)大軸承工作的穩(wěn)定區(qū)域，使軸承在較大范圍工況變化時不會出現(xiàn)油膜振蕩。一般來說，在運(yùn)行的機(jī)組上，增大穩(wěn)定區(qū)域的主要手段是增大軸頸在軸瓦內(nèi)的相對偏心率K。消除油膜振蕩的具體方法有很多，例如，充分平衡第一種振型的不平衡分量，降低在第一臨界轉(zhuǎn)速下振動放大能力，以利穩(wěn)定（減小外界激振力；減少軸瓦的長度，提高比壓（即增加相對偏心率K)；改變軸瓦間隙，以提高油膜穩(wěn)定性；在機(jī)組找中時，預(yù)先抬高油膜振蕩軸承的標(biāo)高，以提高軸瓦比壓（即增加相對偏心率K)；適當(dāng)提高軸承進(jìn)油溫度，降低油粘度，從而增加相對偏心率。這些方法都能有利于提高失穩(wěn)轉(zhuǎn)速，擴(kuò)大軸承的穩(wěn)定工作區(qū)域范圍。在國產(chǎn)20萬千瓦機(jī)組上，采用縮小軸瓦長度（減小長徑比）的方法消除油膜振蕩取得了明顯效果。對于三油楔軸承，將軸瓦兩端阻油邊內(nèi)移，但仍保持油楔型線不變。處理方法是首先在軸瓦兩端補(bǔ)焊軸承合金，然后在車床上加工新的阻油邊，最后用刮刀修刮，把原來的阻油邊刮低，使其不起作用，這樣就提高了比壓，使油膜振蕩不再產(chǎn)生。表4-5為第一臺國產(chǎn)20萬千瓦發(fā)電機(jī)三油楔軸瓦改進(jìn)數(shù)據(jù)表。表4-5：國產(chǎn)第一臺20萬千瓦機(jī)組三油楔軸承改進(jìn)情況軸承號名稱軸瓦長度L（mm）長徑比L/D比壓（MPa）相對間隙（mm）改前64100.9761.3620.0014374100.9761.3620.00143改后62800.6671.9990.0010773000.7131.863N/A一臺N125型汽輪機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)了危急保安器突然動作的現(xiàn)象，導(dǎo)致自動主汽閥關(guān)閉和發(fā)電機(jī)開關(guān)聯(lián)鎖跳閘。經(jīng)過檢查未找到原因，重新啟動后發(fā)現(xiàn)第一級和第二級抽汽壓力比正常值高。經(jīng)過198小時的運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)軸向位移增大和推力瓦溫升高現(xiàn)象。進(jìn)一步檢查過程中，機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，自動主汽閥及中壓聯(lián)合主汽閥關(guān)閉，有功功率跌至零，機(jī)組被解列。經(jīng)過原因分析，發(fā)現(xiàn)第一次自動主汽閥關(guān)閉和第二次脫扣器動作之間存在聯(lián)系。一、二級抽汽口壓力升高說明通流部分出現(xiàn)了機(jī)械性堵塞，而機(jī)械性