电厂汽机摩擦振动故障分析与诊断研究

国电电力大同发电有限责任公司 刘惠逢

引言

在电厂的发电过程当中，汽机这一设备的运行状况将会直接影响电厂的发电效率，一旦汽机出现故障，将会为电厂造成巨大的经济损失。作为电厂发电工作当中的重要设备，汽机是通过高温高压蒸汽带动内部的转子旋转、同时对外做功而产生电力，这个工作过程决定了汽机在运行中极其易出现摩擦震动的故障，严重时甚至会导致汽机的损坏。因此，在电厂使用汽机进行发电的过程当中，工作人员需要加强对引发汽机摩擦振动故障原因的了解与分析，并且熟练掌握摩擦振动故障的排除措施，才能让汽机更加安全稳定的运行。加强对汽机摩擦振动故障的防范，才能更好地保障电厂的发电效率。

1 电厂汽机摩擦振动故障分析

1.1 汽机摩擦振动的原因

在汽机运行的过程中，摩擦问题是影响汽机运行的主要问题之一，不仅会加剧汽机震动状况的恶化，还会导致汽机内部组件的损坏。一般来说，引发汽机内部出现摩擦的主要问题分别为转轴振幅过大、动静间隙不足、缸体弯曲变形与转子轴承不对称等。

其中，转轴的振动幅度是有一定的动态与静态偏差的，若其振动幅度超过偏差，就可能导致转轴的损坏；动静间隙不足指的是汽机内部的设计空间、安装空间或间隔调整相对过小，不符合对汽机的安装维护要求，从而容易引发汽机内部组件的摩擦；缸体弯曲变形通常是由汽机内部上辊与下辊之间温差过大而引发的弯曲或变形；而转子与轴承的不对称则会因其摩擦误差而导致转子的倾斜，从而直接影响到汽机的安全运行[1]。

1.2 汽机支撑刚度的问题

作为一种常用的发电设备，汽机一般是由轴、加热器、汽缸与冷凝装置组成。其中，轴系统由各种不同的转子与轴承组成，是维持汽机运行的关键支撑部件。而在汽机的转子当中，则分为油膜、轴承托架、底座、圆柱体、保护层等多个部分。在汽机的运行过程当中，转子的大小与形状等多方面的因素都是导致汽机出现相对严重的摩擦振动问题的原因，其中最主要的就是因为转子的托架系统的支撑刚度不足而引发的震动，其主要原因则有汽机螺栓固定不稳、轴承座与台板接触不良等。

汽机运行当中的转子的振动分为静摩擦振动与动摩擦振动两类，主要发生在对新汽机的安装调试与维修过程当中与维修之后，而其发生摩擦的原因也可以分为两类，分别为旋转轴与固体止油器的摩擦与旋转轴和蒸汽的分离。

其中，由于在轴承齿与旋转轴之间因轴承箱的负压影响会存在一定的灰尘与污垢，如果对这些物质进行清除，就会使转轴与齿之间形成润滑效果，而在汽机运行过程当中的高温影响下，汽机当中的轴将会受转子带动而加速旋转，进而导致旋转轴上的摩擦力与压力输出不断增大；而在汽机长时间使用之后，气缸因为受到高压蒸汽的影响会产生一定的变形效果，导致局部间隙的减少，如果此时蒸汽参数发生改变，就容易导致旋转轴出现周期性的摩擦，尤其是在汽机当中接近气缸高温蒸汽入口的转轴更容易受到影响而产生摩擦振动效果，从而影响汽机的运行状态。

1.3 汽机故障的危害

在上文提到的汽机摩擦振动的故障类别当中，其故障原因都是因为汽机在运行过程当中发生平衡位置的偏离，从而发生动能与位能之间的转换而引起的。

通常来说，汽轮机内部的组件在运行过程当中是允许产生一定幅度振动效果的，而在限制范围内的振动效果也不会直接影响到汽轮机的正常运行而造成危害，但当这种振动幅度加大时，就会导致汽轮机在运行过程当中受损，进而导致机器的老化速度加快，缩短机器的使用寿命，甚至会导致汽机内部出现零件松动的状况，进而引发机组内部的动态零件与静态零件之间产生摩擦，进而导致机器出现损坏，甚至引发更加严重的生产事故。

一般来说，由于引发汽机振动的故障类型相对较多，因此在汽机的安装与运行的过程当中，需对汽机的状况做好相应的检查与实验工作，从而将其振动幅度控制在合理的范围内。根据我国现行的相关标准。汽轮机在运行过程当中的振动幅度最大不得超过0.05毫米，而不符合此标准的汽机则需要停止工作，进行全面化的检修。

2 电厂汽轮机摩擦振动故障的诊断研究

2.1 建立神经网络检测系统

在对汽机的摩擦振动故障进行检测的过程当中，为了精准的找出引发汽机摩擦振动故障的原因，需围绕汽机的运行状况建立相应的汽机振动诊断系统，从而为发现汽机的振动问题提供相应的依据。随着科学技术的不断进步，人工神经网络技术在各行各业得到了相当广泛的应用，在对汽机的摩擦振动故障检测的过程当中也有着非常高的价值。

作为一种通过模仿动物的神经网络行为的特征来进行分布式并行信息处理的数学模型，这种技术具备了非常高的运算速度、联想能力与自组织能力，能够构建出与人脑信息处理逻辑一致的系统流程，从而可以帮助专家学者与工作人员进行汽机的摩擦振动故障方面的检测。在此过程当中，专家学者与工作人员需要先在汽机各个振动部位安装相应的采集装置来采集汽机的运行信号，并且通过信号降噪的方式来进行运行信号的处理与对比，再借助神经网络检测系统即可实现对汽机故障特征的测试与诊断，从而找出引发汽机摩擦振动的主要原因[2]。

2.2 加强对汽机油膜稳定性的控制

在汽机的运行过程当中故障问题的产生是不可避免的，但是如果能够严格按照相关的工艺技术对汽机进行操作与检查，就可以有效的降低汽机的故障发生率，进而促进其工作效率与工作水平的提升。而在对汽机的摩擦振动故障进行检测的过程当中，其系统阻尼与轴系的稳定效果与摩擦振动故障的产生有着直接的关联，只有加强对汽机油膜稳定性的控制，才可以有效控制汽机运行过程当中出现的油膜震荡现象，进而降低汽机摩擦振动故障的发生概率，提升汽机的运行寿命。

为满足控制汽机油膜稳定性的工作需求，需在设计的过程中适当增强汽机的对比压与负载、缩小汽机轴承的宽度，同时在一定程度上提高油温，从而增强汽机轴承的承载系数，降低其润滑油的粘结度。而在日常生产的过程当中，工作人员则需加强对汽机轴承系统的日常维护工作，只有这样才能加强汽机轴承油膜的稳定性，避免油膜震荡的现象导致汽机产生摩擦振动故障。

2.3 避免出现气流震荡问题

相对于其他因素引发的汽机摩擦振动，其在运行过程当中产生的气流振动有着相对更高的频率，如果不在这方面加以一定程度的控制，则可能导致汽机出现相对严重的摩擦振动状况，从而直接影响到汽机的运行稳定性。针对气流振动方面的问题，需要在汽机的设计过程当中进行解决，设计人员可以尝试在汽机当中机轴的运行过程中使用反旋涡技术来干扰流体的运行，并以此强化流体的转速，从而降低汽机运行过程当中出现的气流振动效果。

除此之外，设计人员还可以尝试使用改变轴承形状与加大轴承的轴径偏心率等不同的方法来打乱汽机运作过程当中出现的轴向旋流，进而降低轴承所受到的切向力，从而在汽机的运行过程当中有效减少汽机轴承的振动幅度，保证汽机内部的转子在汽机的运行过程当中始终处于高速稳定的运行状态，并以此减少汽机摩擦振动故障的产生，从而提升汽机的运行效率。

2.4 调节汽机均压箱的压力

在一些小型汽机组的运行过程当中，均压箱是一个非常重要的组件，通常用于对汽机当中产生的压力进行均衡，将前轴封漏出的正气导入后轴封，从而在防止前轴封出现向外漏气的情况的同时，防止后轴封因吸入冷空气造成真空下降情况的出现，进而保持汽机当中的高低压轴封闭气正常，从而保持轴封所受到的压力处于稳定状态。

在具体的生产过程当中，当汽机出现你压力过高、压力过低或胀差变化异常等情况时，就需要由工作人员对均压箱的压力进行手动调节，从而保持汽机当中的压力处于正常状态，否则就会导致汽机运行过程当中产生的蒸汽随着汽机的运转过程而进入汽机的系统当中，进而引发严重的摩擦振动故障。一般来说，工作人员需要保持汽机均压箱的压力在0.05MPa 左右，而在汽机出现压力过高、压力过低或胀差变化异常时，就需针对性调节均压箱的气压，才能使均压箱在汽机运行的过程当中充分发挥自身所具备的功能，以此降低汽机摩擦振动故障的发生概率。

2.5 加强对汽机运转操作的控制

在汽机的运转过程中，虽然汽机通常具有通过主油箱来对负压桩体进行控制的功能，但是为了避免油雾的产生，因此通常需要技术人员在进行汽机操作的过程当中借助主油泵离开将汽机进行断油，进而通过主油箱为轴承箱提供的负压将汽机运行过程当中的各类污染物进入汽机的油系统当中，从而在油箱当中实现对污染物的沉淀与分离。在此过程当中，工作人员需要注意控制主油箱保持一定的负压值，否则就难以借助负压对汽机内部的污染物进行清洗。

此外，工作人员还应当在日常对汽机进行维护管理的工作过程当中加强对主油箱、油净化装置与各轴承箱等部位的检查，并着重检查主油箱的密封性，一旦发现油箱出现密封性的问题就需要使用耐油性良好的硅胶对油箱进行密封，以此保障进入油箱内部的污染物不会再一次进入汽机的运转系统，从而造成摩擦振动故障的出现。

2.6 对汽机转子因热弯曲的排查

在汽机运行的过程当中，转子作为一种非常重要的部件，需要通过承受蒸汽对所有工作叶片的转动，来进一步带动发电机转子、主油泵与调速器进行转动，这些情况就决定转子需要长时间保持在高温蒸汽环境下进行作业，这就很容易导致转子在长时间的热作用下产生热弯曲故障，进而导致汽机整体出现摩擦震动的问题。

针对汽机转子的热弯曲问题，需要设计人员在进行汽机的设计过程当中选择耐高温与耐腐蚀性能良好的材料作为转子的材料，并且在发现汽机转子在运行当中产生热弯曲现象时，尽快停止汽机的相关作业，随后将故障转子取下并更换为全新的转子，才能尽快的解决汽机转子因热弯曲而引发的摩擦振动问题，从而保障汽机的稳定运行[3]。

2.7 对其他汽机故障的防范

除以上提到的引发汽机摩擦振动的原因之外，汽机受热膨胀不均、热压力与金属气缸之间受力不均等问题也使引发汽机摩擦振动的主要原因之一。其中，引发汽机受热膨胀不均的原因是汽机在加热与受热过程当中受到一定的阻碍，从而导致汽机发生摩擦振动，这需要技术人员在进行汽机的使用之前对汽机进行全面的检查与管道疏通工作；而热压力与金属气缸之间受力不均则是由汽机运行时间过长或参数设置不当而引发的，需要工作人员检查汽机运行过程当中的各项参数，同时检查汽机当中的各个部件是否因长时间运行而出现变形问题，以此及时解决热压力与金属气缸之间的受力不均问题。

此外，在汽机的运行过程当中，技术人员方面的疏忽也是一种引发汽机摩擦震动的主要问题，只有加强对汽机组工作人员的管理，严格按照参数进行汽机运行的设置，并尽早更换汽机内部出现故障损坏的零件，才能最大程度的保障汽机的运行效率，避免摩擦振动故障的产生。

3 结语

作为电厂发电系统当中的重要设备，汽机的运行将会直接影响电厂的发电效果，但因为电厂汽机运行过程当中容易受到各种因素的影响而产生摩擦震动，不仅可能影响汽机的使用寿命，更有可能导致发电系统的停摆，从而为电厂造成巨大的经济损失。因此，只有加强对汽机日常维护检修方面工作的重视，并加强对一些常见振动故障的解决措施的了解，才能更好地维持汽机的安全运行。