浅析火电厂汽轮机异常振动的原因及改善措施

2020-11-27高宏志

商品与质量 2020年51期

高宏志

徐塘发电有限责任公司江苏邳州 221300

汽轮机的顺畅运行是火电厂为人们日常生活提供大量电能的重要保障。但汽轮机在运行中经常出现振动异常等情况，可能会导致故障出现，影响火电厂的持续供电。因此，需要做好对汽轮机振动的监测，从多方面排查造成汽轮机振动异常的因素，结合实际情况做出有效处理。

1 汽轮机

在火电厂运行中，汽轮机是不可替代的设备，直接影响火电厂的正常运行。从整体结构的角度可以分为旋转部分与静态部分，其中旋转部分主要包括主轴、动叶片、联轴器等，而静态部分主要包括轴承、近空气部件、气缸等。在工作时，可以将热能转换为机械能，其工作原理是在通过动叶气道时，改变蒸汽喷嘴在蒸汽时的方向，确保叶轮顺利旋转。从工作原理的角度可以分为脉冲式汽轮机与反动式汽轮机。从热力学角度可以分为抽汽式汽轮机、背压式汽轮机、冷凝式汽轮机、加热式汽轮机等，其中冷凝式汽轮机是常见的汽轮机，并且使用范围最广，主要由循环水泵、凝水泵、抽气器等组成。

2 火电厂汽轮机异常振动的原因

2.1 安装工艺

对振动相关故障有直接影响。对设备的载荷、刚度、强度及安装现场要求进行复核，确保汽轮机运行合理，严格控制各部件之间距离，不得过大或过小。如果通道过大，很容易造成碰撞，否则会导致部件之间接触。在设备长期运行过程中，不同部件膨胀不可避免，耦合销系统也会出现问题。如果润滑油不起作用，装置就会变形，导致与振动相关的故障。有效维护是防止汽轮机在使用过程中振动恶化的关键。如果工作不能顺利进行或不正确，会导致故障。如果涡轮排气管温度得不到有效控制，会影响设备精度，导致振动损失；如果润滑油形成油膜以及设备转动，也会影响转子稳定性。汽轮机出现故障和异常时，整个系统将不能正常工作[1]。

2.2 转子与气缸发生碰磨

拆解时转子未吊出气缸时测量两侧汽封间隙发现两侧气封间隙偏差严重，从进汽端看转子左侧汽封间隙远小于右侧汽封间隙，排汽端轴封左侧齿片已与转子接触，转子上汽封齿片几乎被磨损至根部，这与停机前振动频谱中显示的碰摩迹象相符。造成外汽缸偏移的原因有两种，一种为轴承箱位置发生改变，可能为安装缺陷导致的基础长时间蠕变或轴承箱定位螺栓失效引起轴承箱位置改变从而带动转子与外汽缸的相对位置发生改变；另一种为外汽缸因调整元件失效发生自身移动而与转子相对位置发生改变。

2.3 气流不均

当汽轮机机组的负荷一直增加，超过某个临界点时，就会使轴振动迅速加大，而低于这个临界点时，振动会立刻减弱。振动的频率与高压转子一阶的临界转速相等或略低，产生的气流激振是正向涡动，多是在高压转子部位产生，也有的出现在再热中压转子处。之所以形成气流激振的现象，是因为汽轮机运行状态下，气道内的气流不够均匀，导致叶片受力不均。而对于大型机组，气流膨胀的地点位于叶片末端，所以，气流运行路径发生错乱而形成气流激振。另外，如果轴封不严密也容易造成气流激振。

3 火电厂汽轮机异常振动改善措施

3.1 安装检测

设备正确运行和安装能有效防止汽轮机振动相关故障，设备必须安装必要的监测点，以便实时检测振动并报告异常时间点。必须妥善组织技术人员处理，防止问题升级，造成更严重影响。在检测到异常振动条件后安装智能监测装置可提供报警信息。报警指令是让技术人员在紧急情况下自动关闭电路，停止设备运行。在此过程中，现场人员还应采取紧急措施，为保障机组设备安全，还可以安装智能监控保护设备，提高设备使用质量和效率[2]。

3.2 轴承箱及通流调整

为彻底解决转子与外汽缸发生碰摩的隐患并顾及汽轮机在机组轴系中的对中情况，决定对汽轮机两侧轴承箱、外汽缸重新安装。检修思路为首先调整转子在轴系中的位置，再精确调整外汽缸位置，最终目的为在尽可能不影响机组对中的情况下首先保证外汽缸与转子的相对位置，使汽轮机通流部分间隙均匀以保证运行时工况良好。转子在轴系中的位置由机组安装时各轴间距设计参数保证。排汽侧轴承箱轴向位置则可根据安装时油封斜口与转子的位置而确定，以保证盘车挂钩与盘车齿不发生碰摩。两侧轴承箱的径向位置则可通过两侧联轴器端面径向对中情况来确定。实际调整情况较为复杂，由于机组安装问题汽轮机转子在轴系中预留的间距较设计间距减小，导致进汽侧轴承箱位置确定后排汽侧轴承箱与转子轴向间距不够造成盘车齿与盘车挂钩碰摩，外汽缸与转子的轴向位置也比设计时减小。最终调整时通过牺牲排汽侧联轴器轴向间距为排汽侧轴承箱及外汽缸的轴向移动提供多余调整空间。轴承箱、下半部分外汽缸位置确定后将上半部分外汽缸试装一次调整转子与整个外汽缸的同心度，因下半部分外汽缸与转子的位置已经确定，只需要调整汽缸高低即可完成整个汽缸与转子同心度的调整[3]。

3.3 气流不均处理措施

汽轮机出现气流激振故障，在排查时需要根据相关数据来绘制振动曲线，从而分析具体故障的情况。对给水量、负荷速率进行调整，并将记录的数据描绘成汽轮机的相关运行曲线。不同的调整会产生不同的气流激振结果，根据记录数据进行对比，查看能够抵消气流激振的调整方式，避免气流激振给汽轮机组运行带来负面影响。降低负荷率，能有效避开气流激振所带来的负荷范围，这能保证汽轮机正常运转。