汽轮机运行振动的危害与解决措施

2021-01-09周学宗青海汇信资产管理有限责任公司青海格尔木816000

化工管理 2021年4期

关键词：汽轮机机组振动

周学宗(青海汇信资产管理有限责任公司，青海格尔木 816000)

0 引言

汽轮机运行期间，可以结合具体振动情况，判断汽轮机状态，如果汽轮机出现异常振动，很可能因为长期运行出现故障。导致汽轮机异常的原因较多，为了保证汽轮机稳定运行，提升汽轮机工作效率，有必要加强汽轮机异常振动控制，确保汽轮机振动处在合理范围内。

1 汽轮机振动危害

汽轮发电机组作为发电系统中的主要构成，异常振动会对生产系统产生重要影响，情况严重的，还会导致全厂停车，最终对年度任务产生影响。

(1)轴封磨损会破坏密封作用，增大高压缸蒸汽外漏量，进而使得水分进入到润滑油中，引起油膜结构破坏，最终导致轴瓦乌金融化。随着漏气损失的不断增加，机组经济性也会受到影响。(2)磨损隔板汽封。当隔板汽封被严重磨损，会导致级间漏气与转子轴向力进一步增加，最终融化推力瓦乌金。(3)磨损滑销系统。滑销系统不仅可以固定轴承外壳与汽轮气缸；还能确保机组有效收缩或膨胀。磨损严重期间，会对机组热膨胀产生影响，严重的还会导致更多事故。(4)发电机励磁机部件损坏。异常振动会对机组运行产生较大威胁，汽轮发电机组振动问题复杂，引起振动原因较多，但只要找到振动原因，就能合理解决振动问题。

2 汽轮机振动原因分析

通常来讲，汽轮机启停期间振动较大，启停期间，当转速接近临界值，机组就会发生强烈振动，当转速大于这一数值后，振动将不断减小，最后恢复常态。为了解决汽轮机组超幅振动问题，有必要对其中存在的问题展开详细分析，汽轮机工作期间，处理问题多是零件更换与调整运行参数，但唯有找到问题根源方能解决实际问题。引起汽轮机振动原因较多，下面就汽轮机振动故障原因与判定方法进行分析。

2.1 油膜失稳

汽轮机油膜失稳形式包含两种：油膜振荡与半速涡动。其中，半速涡动多发生在转速低于第一临界速度期间，随着转速的不断提升，在某一低速阶段开始，该振动会不断升高，有时随着转子速度的增加，这一情况也会逐渐消失。随着转子转速的不断变化，涡动频率也将不断变化，但转度半频关系一直不变，识别半速涡动法多使用级联图，级联图中，半频振锋频率点体现为斜率为2的直线。此外，波形图中和轴心轨迹中也经常可以看到低频特征。

2.2 气流振动

气流振荡发生形式种类较多，原因也不相同：(1)顶隙激振，为了提升汽轮机效率与性能，设计人员多使用增加级数与提升转速等方法开展设计工作。级数变化会导致转子跨距不断增长，临界转速逐渐降低，转速提升又会导致临界与工作转速不断增加，最终导致轴系统稳定性不断下降。因转子弯曲多是由于通流径向间隙发生了改变，当一端间隙减小，另一端间隙会逐渐扩大，随着变小端热效率的增加，变大方热效率会不断减小，进而导致轴颈朝着转动方向涡动。(2)叶轮流通中的作用力。叶轮围带与壳体间隙较大，当转速为基频2.5倍，很容易导致失稳情况出现。叶轮带会产生失稳力，若叶轮带泄流量不变，势必会对环造成磨损，活塞式密封流动会产生一定切向力，出口密封间隙增加会导致流动切向力不断增加，最终导致振动越来越严重。此时，叶轮围带力会对转子动力产生较大影响，磨损环与叶轮围带径向泄流量都会产生很大切向速度。气流激振多产生于高参数高压转子中。一般情况下，涡动进动多是超前的，轨迹为椭圆形，振荡期间，伴随着振幅朝着偏心率的靠近，自激振动频率逐渐靠近固有频率。流体激振失稳后，转子朝着自激振动方向转变，最大振幅常常不会在轴承传感器内出现。

2.3 膨胀不均

膨胀不均导致的振动多是因为气缸膨胀受阻产生的，此时汽轮机轴承位置与标高都会改变，转子中心位置偏移，轴承刚度不断减弱，最终导致机械振动产生。引起这一振动的原因主要为：(1)机组开启期间水流流动不畅，水流在暖管当中，一些疏水寄存于主汽管中，还有一部分，受到汽水的影响，经常出现膨胀不均的情况，最终使得设备运行期间产生摩擦振动；(2)冲转和运行期间，压力和汽缸温度不配，转子受热不均，严重的还会导致弯曲与变形，润滑油油压、温度等超过正常参数，最终使得气缸与转子膨胀不同而引发的振动。

2.4 动静摩擦

近几年，人们对汽轮机工作效率有了新的要求，动静间隙逐渐减小，碰摩可能性不断增加。动静摩擦将引起汽轮机振动，情节严重的还会导致转轴弯曲，轴系统受损严重。产生动静摩擦原因如下：(1)转轴振动大，质量不均衡，转子弯曲，轴系失稳等情况；(2)转子发生偏斜；(3)动静间隙小；(4)缸体变形。

3 解决汽轮机异常振动措施

电厂运行期间，应做好汽轮机设备检查工作，特别当汽轮机出现异常振动时，应合理采取措施处理问题，避免对供电质量与效率产生影响，给人们生活带来不变。

3.1 解决油膜振荡故障

汽轮机工作期间，经常有油膜振荡情况出现，因此有必要合理采取措施解决，主要方法较多：(1)增加轴瓦比亚处理；(2)减小轴瓦顶端间隙，增加上轴瓦承合金宽度；(3)缩小轴颈和轴瓦间接触，但避免这一角度过小，具体可以将其控制在300～400内；(4)降低润滑油粘连度；(5)调节转子位置到平衡状态。

3.2 解决汽流激振故障

汽轮机运行期间，常常有汽流激振故障产生，当这一情况出现后，难以立即采取措施解决问题。经过一段时间的调查分析，方能找到最佳解决措施。具体应先统计分析汽流激振数据情况，然后详细记录下来，并用图表形式展现，借助图表观察，找到其中内部规律，便于解决实际问题。

3.3 解决转子发生热弯曲故障

汽轮机工作较长时间后，转子受到热力作用常常会发生弯曲，这会对汽轮机运行状态产生较大影响。当转子在外力作用下弯曲，势必需要更换新转子，如此即可有效解决汽轮机振动故障问题，确保汽轮机合理运行。

为了减少汽轮机故障问题产生，不仅要确保设备合理安装，还应保证级数人员经验丰富，便于站在不同视角，加强设备运行与安装控制，如此方能保证设备合理运行，最终为发电厂提供充分供电保障。若有故障出现，工作人员应详细检查故障位点，主动分析原因，及时采取措施，加强日常检修与养护，同时让工作人员做好工作记录，合理控制故障产生。

3.4 提升预警分析能力

电厂汽轮机运行期间，常常会有振动情况出现，这会对机组正常运行产生较大影响。引起振动的原因较多，维修和检测人员需要结合自身经验，找到引起振动原因，便于及时采取措施做好预防处理。然后开展多次试验，对汽轮机轴承进行测验，待测验通过后将其应用在机组当中，如果振动指数不达标，则应努力寻找原因，便于及时排出振动现象，确保汽轮机运行安全稳定。

3.5 加大汽轮机振动监督

汽轮机运行期间，加强对振动操作的管理监督，及时找到异常振动问题，同时提出最佳解决措施，便于降低汽轮机振动情况出现。因此，有必要在汽轮机中安装大轴与轴承振动测量装置，便于监督汽轮机组运行期间的异常振动。如果汽轮机有异常情况出现，测量装置就会给出预警信号，然后告诉工作人员，让其立即开展维修工作，严重时需要立即暂停设备处理，避免设备损失不断扩大。

3.6 加强机组保护

汽轮机运行期间，电厂需要结合实际安装汽轮机保护系统和监控装置，以便在故障发生期间，保护系统和监视装置可以给出警报信息，帮助运维人员及时进行故障维修，保证设备合理运行。但随着近年来汽轮机组容量不断增加，人们对汽轮机保护系统建设提出新的要求，这对电厂维修人员工作带来较大挑战，为了更好地满足这一要求，装置保护和维修人员应逐渐提高自身技术水平，全面降低汽轮机振动情况，便于推动电厂运行高效开展。

3.7 振动保护装置安装

振动保护装置由信号报警系统、监控系统、保护系统构成，该装置和测量装置一样，若振动大于某一临界值装置就会发出预警信号，该保护装置的不同主要为其可以发出脉冲信号，该信号可以对电路进行合理控制，让其主动关闭主要汽门，便于紧急停机。一直以来，在汽轮机机组量不断增加的当下，安装测量和保护装置越来越重要。所以，日常工作期间，有必要加强安全监视和保护装置动作研究，确保保护动作科学合理地开展。