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汽輪機典型振動現(xiàn)象
汽輪機典型振動現(xiàn)象
摘 要：引起汽輪機振動的原因繁多，近年來，隨著大容量火力發(fā)電機組的大量投運，汽輪機的制造、安裝水平不斷提高，以往一些引起汽輪機振動的原因逐漸突顯出來。
實際生產(chǎn)中，結(jié)合現(xiàn)有資料，綜合分析振動現(xiàn)象和檢修信息，找出大致規(guī)律，采取運行調(diào)整措施，部分振動問題能得到有效控制。
關(guān)鍵詞：汽輪機;振動;分析
引言
大型燃煤火電廠用汽輪機主要分為帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的主汽輪機(簡稱大機)，和帶動汽動給水泵運行的小汽輪機(簡稱小機)。
大小機原理相同，但類型不同，運行轉(zhuǎn)速不同，同樣作為高速轉(zhuǎn)機，都會遇到不同類型的振動問題，文章總結(jié)某電廠自調(diào)試以來遇到的多起不同原因引起的大小機振動問題，通過現(xiàn)象淺析原因，對其它機組有借鑒意義。
1 大機高中壓轉(zhuǎn)子振動
主要現(xiàn)象為大機在額定主蒸汽壓力工況，當(dāng)負(fù)荷高于某一較高數(shù)值時，高中壓轉(zhuǎn)子兩端的#1、2軸振出現(xiàn)不穩(wěn)定波動，振幅多次超過報警值，并且振動以低頻為主。
針對此情況，現(xiàn)場通過緩慢調(diào)整改變高壓調(diào)節(jié)閥進汽順序，軸振動幅值重新回到正常范圍。
但由于閥序的改變，蒸汽對轉(zhuǎn)子的作用力發(fā)生變化，導(dǎo)致#1、2軸承金屬溫度大幅升高，但在滿負(fù)荷時仍在可控范圍內(nèi)。
閥序改變前后數(shù)據(jù)詳見表1。
類似這種隨機波動及振動以低頻為主的特點，根據(jù)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析判斷，此類振動屬于蒸汽激勵振動[1]。
調(diào)節(jié)閥的進汽順序和開啟大小是可能導(dǎo)致蒸汽激勵振動的一個重要原因，其它原因還包括軸系膨脹不均或受力不均等。
對出現(xiàn)上述振動情況的機組，采取調(diào)整高壓調(diào)閥進汽順序是成本較低的一種方法，但要綜合考慮調(diào)整過后對軸承受力和低壓軸系的影響，要想徹底解決此類問題，還要從設(shè)計入手，從源頭抓起，改進軸系穩(wěn)定性設(shè)計，減小或消除蒸汽激振力，提高軸系穩(wěn)定性。
2 大機#6軸承振動
此類振動表現(xiàn)為低壓轉(zhuǎn)子#6軸承在穩(wěn)定運行或帶負(fù)荷過程出現(xiàn)振動爬升現(xiàn)象，而且與真空、低壓軸封溫度、油溫有較強的關(guān)聯(lián)性，低真空度能使振動有所好轉(zhuǎn)。
就座缸式軸承的特點來說，#6軸承振動不穩(wěn)定與低壓臺板面的安裝狀態(tài)有很大關(guān)系，臺板面安裝質(zhì)量不好會導(dǎo)致熱態(tài)下臺板面產(chǎn)生間隙，從而導(dǎo)致連接剛度的下降，進而導(dǎo)致軸承箱整體支撐剛度的下降，受低壓缸高真空度的作用，缸體容易產(chǎn)生變形。
如果變形量過大，則引發(fā)低壓轉(zhuǎn)子端部軸封段動靜碰摩，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子振動爬升和劇烈波動。
這種情況下的振動屬于普通強迫振動。
按設(shè)計要求調(diào)整#6軸承箱附件臺板面安裝狀態(tài)是根本解決之道。
在機組運行狀態(tài)下，適當(dāng)降低機組真空度，對振動具有很大程度緩和作用，但降低了機組經(jīng)濟性。
適當(dāng)升高潤滑油溫度，增加油膜剛度也是可采取的措施之一。
3 轉(zhuǎn)子不對中引起的振動
聯(lián)軸器是連接不同轉(zhuǎn)子使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械設(shè)備，對存在聯(lián)軸器螺栓緊力不足或螺孔間隙偏大隱患的機組，當(dāng)負(fù)荷帶到某一數(shù)值(即軸系扭矩增加到一定值)時，聯(lián)軸器會發(fā)生相互錯位，使軸系對中狀態(tài)發(fā)生變化，聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)(幅值、相位)會發(fā)生突變(此類型振動現(xiàn)象與轉(zhuǎn)子掉葉片現(xiàn)象有相同之處，都屬于突發(fā)振動)。
運行中發(fā)生不對中引起的振動具有突發(fā)性，一倍頻，發(fā)生在某一負(fù)荷點，相鄰軸承振動變化可能反相等特點。
此類振動如果發(fā)生在小機上，比較典型的現(xiàn)象是，非臨界轉(zhuǎn)速情況下，當(dāng)達到某一轉(zhuǎn)速時，振動突增，當(dāng)高于這一轉(zhuǎn)速時，振動又出現(xiàn)較快下降。
通過停運小機，重新找中，問題得到根本解決。
4 動靜碰磨引起的振動
因節(jié)能降耗的要求，大部分電廠為降低機組熱耗，在檢修中往往把大小機軸封、汽封間隙調(diào)整至較小，因此在檢修后啟動時機組發(fā)生輕微動靜碰摩成為近幾年來較常見故障。
此種情況下的振動現(xiàn)象通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速不變，振動副值逐漸爬升，振動頻譜始終以一倍頻為主，且停機降速過程的振動比升速過程大很多，是典型的摩擦振動[2]。
當(dāng)上述情況都吻合時，在運行中應(yīng)注意各項參數(shù)不要大幅度劇烈變化，如果振動有爬升現(xiàn)象，應(yīng)注意檢查運行參數(shù)是否有異(蒸汽溫度，真空、軸封溫度等)，在振動增大到一定程度后，可考慮降負(fù)荷、降轉(zhuǎn)速，直至停運。
待轉(zhuǎn)子冷卻一定時間后再次啟動，緩慢升轉(zhuǎn)速，保持在某一轉(zhuǎn)速數(shù)小時甚至數(shù)十小時，使碰磨部位自行磨損。
實際現(xiàn)場遇到這種情況，需要全面分析、對故障的準(zhǔn)確判斷，必須防止過大的振動造成大軸彎曲，嚴(yán)重的碰磨，必須揭缸消除碰磨接觸部位。
在振動較大且仍快速增大時，應(yīng)按照規(guī)程迅速采取必要措施，防止事故發(fā)生。
5 油膜渦動
渦動是轉(zhuǎn)子在作高速旋轉(zhuǎn)的同時，還環(huán)繞軸瓦某一中心作公轉(zhuǎn)運動。
如果轉(zhuǎn)子主要是由于油膜力的激勵作用而引起渦動，則轉(zhuǎn)子軸頸的渦動角速度將接近轉(zhuǎn)速的一半，故有時也稱之為“半速渦動”。
通過頻譜可以看出此類振動發(fā)生時主要是0.5倍頻分量大幅升高，基頻分量基本不變。
如果轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍以上時，半速渦動頻率就有可能達到第一臨界轉(zhuǎn)速，此時會發(fā)生共振，造成振幅突增，半頻諧波振幅值增大到接近或超過基頻振幅。
油膜渦動的起始失穩(wěn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的載荷有關(guān)[3]，輕載轉(zhuǎn)子在第一臨界轉(zhuǎn)速之前就可能發(fā)生不穩(wěn)定的半速渦動，但振幅相對較小;當(dāng)轉(zhuǎn)速達到第一臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子由于共振而有較大的振幅;越過第一臨界轉(zhuǎn)速后振幅再次減少。
對于重載轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性較好，低轉(zhuǎn)速時并不存在半速渦動現(xiàn)象，甚至轉(zhuǎn)速達到兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速時，也不會立即發(fā)生很大的振動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速之后的某一轉(zhuǎn)速時，才發(fā)生突振。
某廠1A汽泵組在檢修后滿負(fù)荷運行時發(fā)生的突發(fā)性周期振動就屬于這類振動，具體現(xiàn)象為機組滿負(fù)荷600MW時，1A汽泵泵體端振動突然上升一倍，持續(xù)十幾秒到兩分鐘后，未經(jīng)任何調(diào)整，自動恢復(fù)正常。
通過檢查TDM系統(tǒng)1A汽泵振動頻譜圖，發(fā)現(xiàn)#4軸承振動突升時，4X通頻值73.1μm，此時1倍頻為22μm，2倍頻為1.0μm，0.5倍頻為4.9μm，0.6倍頻為53.0μm;4Y通頻值41.0μm， 1倍頻為9.2μm，2倍頻為0.5μm，0.5倍頻為3.8μm，0.6倍頻為30.1μm。
據(jù)此基本可以判斷軸瓦出現(xiàn)了油膜渦動引起的自激振動，振動尚能收斂，振動最大值80μm左右。
振動趨勢如圖1所示。
圖1 1A汽泵油膜渦動趨勢
在處理上，一方面通過提高潤滑油溫度緩解油膜渦動，延長振動周期，另一方面利用夜間停泵，調(diào)整軸瓦間隙，增加軸承承載能力，該振動現(xiàn)象得到根本解決。
6 結(jié)束語
汽輪機的振動研究涉及知識面廣，系統(tǒng)分析計算復(fù)雜，相同的振動現(xiàn)象也有可能是多種因素共同作用的結(jié)果。
實際現(xiàn)場環(huán)境，作為技術(shù)人員，除了對各類信息的綜合判斷，還要心懷敬畏。
通過對五類汽輪機振動現(xiàn)象的描述，分析振動原因和解決方法，為同類型機組振動問題提供借鑒和參考。
參考文獻
[1]袁惠群.轉(zhuǎn)子動力學(xué)基礎(chǔ)[M].冶金工業(yè)出版社，2013.
[2]丁千，陳予恕.汽輪發(fā)電機組摩擦振動研究現(xiàn)狀[J].汽輪機技術(shù)，2005(5)：321-323.
[3]張煜.汽輪發(fā)電機組油膜失穩(wěn)故障分析及診斷方法研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.
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