汽輪機組振動原因分析及預防對策

時間：2019-06-25作者：河北國源電氣股份有限公司瀏覽：118

　　摘要：本文針對中鋁蘭州分公司自備電廠2號汽輪發(fā)電機組長期出現(xiàn)非穩(wěn)定性振動現(xiàn)象，根據(jù)振動測試、揭缸檢查、運行調(diào)整所得到的經(jīng)驗與結(jié)果，應用振動機理研究中得來的啟示，基于綜合分析對該機組振動原因進行性質(zhì)定位，并對下一步工作提出較為穩(wěn)妥的意見。
　　關鍵詞：機組振動 綜合分析 診斷 處理
　　中圖分類號：TM6文獻標識碼：A 文章編號：
　　設備簡介
　　中鋁蘭州分公司自備電廠三臺汽輪機型號為NZK300-16.7/537/537型，東方汽輪機廠生產(chǎn)，亞臨界、高中壓合缸、中間一次再熱、雙缸、雙排汽、單軸、直接空冷冷凝式。自#2機組投運以來一直存在振動大的現(xiàn)象，尤其#2機組在試運期間出現(xiàn)過多次振動大跳機的不安全事件，直至現(xiàn)在機組負荷在290MW以上常出現(xiàn)軸振突增的現(xiàn)象，影響機組出力和設備安全。
　　機組振動的危害
　　機組振動過大，或使軸承烏金脫落，破壞油膜而發(fā)生燒瓦；或使動靜部分摩擦而損壞設備。特別是軸端汽封和轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦，將造成大軸彎曲；或造成動靜部件的疲勞損壞；或造成某些固定件的松動甚至脫落等嚴重事故。不僅如此，振動還可能汽輪發(fā)電機組的經(jīng)濟性，其原因是動靜部分摩擦后擴大了間隙，增大了漏氣量，導致汽輪機熱耗升高。
　　常見異常振動的原因分析
　　汽輪機組擔負著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務的重點。由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現(xiàn)，這嚴重影響了發(fā)電機組的正常運行。汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種故障。由于機組的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質(zhì)都會是機組振動的原因，比如進汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)、等等。因此，針對汽輪機異常震動原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對癥維修。針對導致汽輪機異常振動的各個原因分析是維修汽輪機異常振動的關鍵。 引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。
　　主要原因確認
　　機組振動原因復雜多樣，針對我廠機組振動的具體情況對以上各種原因進行分析排除并確定主要原因如下
　　1 排除汽流激振
　　雖然在過去的處理過程中有單位將#2機的振動判斷有可能是汽流激振，但現(xiàn)已經(jīng)確切排除汽流激振的可能。
　　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；這兩點#2機均不具備。
　　*三，如果轉(zhuǎn)子偏心過大，會造成通流部分徑向間隙或軸端汽封間隙，甚至油檔間隙消失，引發(fā)動靜部件碰磨。
　　上述三種情況中，前兩者均屬汽流影響造成的軸系失穩(wěn)，后者實質(zhì)是動靜碰磨。。因此，#2機組改變調(diào)門次序振動會短時間好轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其實質(zhì)原因不是因為抑制了汽流激振，而是抑制了碰磨。
　　2 排除轉(zhuǎn)子熱變形等
　　關于#2機振動原因，還可以排除高中對輪緊力、標高、對中存在缺陷；同時，也排除轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡過大為主要原因。從機組調(diào)試階段初始幾次啟機情況看，過臨界的振動不大，況且已做了高速動平衡，原始質(zhì)量不平衡狀況良好。
　　3 對歷史數(shù)據(jù)的分析
　　從歷史數(shù)據(jù)反映，#2機自投運以來，振動狀況一起不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在#2、#3瓦，而且經(jīng)常在1000rpm暖機時就呈現(xiàn)增大。從#2機情況看，從新機調(diào)試起，汽輪機就存在動靜碰磨，經(jīng)過檢修，情況有所好轉(zhuǎn)，當前開機過程已經(jīng)較順利，振幅的增加量小于以往幾次啟動，但負荷高時仍然不時發(fā)生碰磨。
　　4 關于汽缸位移問題的分析，測試表明各次振動增大的過程可以分為兩個階段，**階段振幅緩慢增加但各測點間隙電壓基本保持不變，持續(xù)約一小時進入*二階段，各測點振幅明顯增大，同時#2瓦、#1瓦軸頸向上方偏南（右）移動。這說明振動增大在前，軸頸上抬在后。大軸振動發(fā)生前，有一段很長的初期形成階段，振動緩慢增加到一定程度，振幅開始明顯增長，如果是碰磨，則在軸頸位移**小時已經(jīng)開始發(fā)生。先位移后碰磨的推理似乎是不妥的。這樣，尋找為何軸頸位移原因的重要性就降為次要的，需要首先分析應該是軸頸發(fā)生位移之前振動增大的原因。
　　5 摩擦振動的故障特征和機理
　　5.1 摩擦振動的特征
　　a.由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)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?jīng)_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**”現(xiàn)象。
　　b.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。
　　c.降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，測量大軸的晃度比原始值明顯增加。
　　5.2 摩擦振動的機理
　　對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的主要是轉(zhuǎn)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(cè)溫度**輕摩擦側(cè)，導致轉(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)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。
　　6、主因確認
　　# 2機振動與摩擦振動的特征和機理相同，確定摩擦為#2機組振動的主因。
　　制定對策及實施
　　對摩擦為#2機振動主要原因的可能性從檢修和運行角度做深入地討論分析；進一步研究分析引起碰磨的原因；建議從以下幾點考慮：
　　高缸運行中位移的可能；
　　隔板變形或位移的可能；
　　通流間隙南側(cè)偏小的原因；
　　高外缸、內(nèi)缸滑銷系統(tǒng)定位不準的可能性；
　　關于處理方法，可以不考慮安排實施提高軸系穩(wěn)定性的任何措施，如改瓦，調(diào)對中、標高等；不考慮實施消除汽流激振的措施。消除碰磨的工作，主要限于高壓缸，如果從缸外部處理，通常是調(diào)整軸承標高或抬高缸體，改變缸內(nèi)通流間隙，消除碰磨點。如果高缸還存在水平位移，則需要查找位移原因，有目標地采取措施。如果認定振動原因是碰磨而又無法肯定碰磨的原因，一個不得已而為之的辦法就是根據(jù)檢查的碰磨具體部位，放大動靜間隙。
　　總結(jié)
　　目前300MW及以上的機組大都裝設了軸系監(jiān)控裝置，對振動實施在線監(jiān)控，給振動監(jiān)測工作創(chuàng)造了良好的條件。因此，我廠應明確規(guī)定測試振動的周期，給專業(yè)人員和運行現(xiàn)場配備較高精密度的振動表，并建立專業(yè)人員保存的和運行現(xiàn)場保存的振動測試登記簿，按規(guī)定周期測試并將測試結(jié)果記入登記簿。測試中發(fā)現(xiàn)振動比上次測試結(jié)果增大時，專業(yè)人員及時向**匯報，并分析振動增大原因，研究采取措施，必要時增加振動測試次數(shù)，以監(jiān)測是否繼續(xù)增大。運行中如發(fā)現(xiàn)機組振動異常時，應立即使用現(xiàn)場保管的振動表進行測試，如振動比上次測試結(jié)果增加了0.05mm時，應立即打閘停機。如振動增加雖未達到0.05mm，但振動異常時聽到機組有響聲（如掉葉片等），或機內(nèi)聲音異常時，也應停機進行檢查。對一般的振動增大，也應向部門匯報，以便組織分析原因，采取措施。
　　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(nèi)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。許多情況時需要維修人員長期積累的經(jīng)驗來判斷的，加強企業(yè)汽輪機組維護保養(yǎng)人員培訓，提高維修人員素質(zhì)及專業(yè)技能時提高汽輪機故常排除效率的較佳途徑。
　　參考資料：
　　（1）西安熱工研究所，施維新，汽輪發(fā)電機組振動
　?。?）湖南電力試驗研究所，王詠梅，大型汽輪機摩擦振動的故障特征分析


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