汽轮机运行中的振动问题防治处理分析

夏永高

（上海电建上海电力安装第二工程公司，上海 200235）

汽轮机的面世无疑给世界工业和经济的发展带来了蓬勃动力，促进了经济的迅猛发展，汽轮机沿用至今，显而易见地说明了汽轮机的重要地位，无论是过去还是当今时代，汽轮机带来的动力影响是不容小觑的。所以，即使是汽轮机运行过程中存在的一些微小的问题，在长期积累下也可能造成设备的重大故障和事故，汽轮机的振动问题作为长期存在的一个不利因素，更应该得到重视，避免其持续造成严重的经济损失，不利于工业经济的长远稳定发展。汽轮机的振动问题受到多种多样的因素关联，并不是一个简单的处理事项，它是一个动态的、复杂的影响，需要具体情况具体分析，本文通过对此问题逐步深入地分析，探求背后的发生原因，并对症下药，来保障汽轮机的运行安全问题，保证汽轮机运行的连贯性，提高汽轮机设备的工作效率，最终维护电力生产的稳定性和高效持续性（图1 为汽轮机机组配置方式）。

图1

1 汽轮机振动危害分析

首先，我们要明白汽轮机振动的含义是什么，“振动”在这里指的是物体偏离原有的位置，也就是在运行过程中逐渐“脱轨”，这是汽轮机运行中的正常现象。运行是一个动态过程，运动位置可以存在些许误差，运动偏离规定位置少许是在允许范围之内的。但是，如果振动幅度超过某一安全范围会造成什么样的影响呢？就像火车跑轨道摩擦边轨一样，偶尔的振动摩擦“无伤大雅”，长此以往，振动会造成部件的磨损耗尽，加速设备内部的损坏，久而久之，就会使得设备的工作效率大大降低，还会造成设备的永久报废，所以振动的危害犹如“水滴石穿”，细小的误差偏离是正常情况，可一旦超过某一阈值，则安全性能不能保证，影响到作业是必然的，甚至会导致设备的停机磨损，直接影响机器设备的工作效率，从而阻碍整个电力生产的发展。

产生振动的原因也是多样的，这些原因会在下文通过具体情况具体分析，正因为振动问题在汽轮机的正常运行过程中，是一件长期存在的不利因素，某种程度来说，也是一个难以避免的问题，机器设备的运行即使按部就班循规蹈矩地规范使用，依然会避免不了发生意外，所以及时的检修才是必不可少的。检修工作要对振动幅度进行勘测，安全范围在0.05mm 之内，一旦偏离阈值，则会出现设备内部零件磨损的情况，设备零件长期磨损则会出现异常松动，影响工作效率事小，突然停机则会后患无穷。

2 汽轮机振动原因分析

2.1 汽轮机的油膜失稳

油膜振动和半速涡动都会引发汽轮机设备的振动问题，半速涡动更是其中占比较大的原因。什么是半速涡动呢？当发电机转子的旋转速度跟不上第一临界转动速度的1/2 时，半速涡动的现象就会出现，与此同时，这个现象会伴随着振动问题的存在一直持续到最高转速。在达到最高转速的过程中，存在的振动问题一直关联着设备的耗损问题，需要在这个过程中及时发现问题才能减少设备的摩擦损耗。那么，如何解决这个问题呢？要想找到解决方法，必然是要弄明白油膜失稳发生的主要原因是什么，从而确定其影响因素，才能找到解决问题的切入点。我们以这个半速涡动的过程为切入点会发现，当转子的转动速度改变的情况下，涡动的频率也会随之而变，这个特点可以作为判断半速涡动的关键因素。通过鉴别出来半速涡动的情况，避免汽轮振动现象的发生，从而降低振动问题带来的危害性，油膜失稳看似复杂，实际解决方法并不困难，关联因素越多，解决的可能性也越大。

2.2 汽轮机的受热膨胀不均匀

众所周知，汽轮机的运行需要热动力的推动，加热过程中气缸会受到热源的影响膨胀，膨胀的结果势必使得其他内部零件受到影响，或者气缸受热不均匀，都会造成不利的后果。这样的现象使得汽轮机设备转子中心存在偏差，就是热量使得某些物体零件发生了形变，这样造成的结果就是轴承的位置标高发生了改变，汽轮机的运行过程中某些部件发生了改变，那么运行过程中位置就有所偏差，最终产生了振动问题，受热形变造成的误差在很多设备中都是一个长期存在的不利因素，因为形变会使得设备内部的零件发生位置错乱，在运行震动过程中，不仅会产生正常运动以外的摩擦，而且还会造成零件的磨损，从而导致了设备变得不是那么精确，设备精密程度一旦打了折扣，设备的保质期大大缩短是一方面，另一方面，设备工作效率势必也会跟着受到影响，电力生产效率也会大打折扣。

2.3 动静摩擦

动静摩擦比较容易理解也更加常见，当汽轮机内部零件运行时，零件的运动、转子的转动等等运行状态，位置会发生一定的偏移，这是机器设备运行一段时间后的必然状态。动静是相互的，运行一段时间后，运行轨迹发生偏移，动静间隙逐渐缩小，动静轨道逐渐靠近，振动问题因此出现，发生不可避免的摩擦问题。零件之间由于长期运行出现了轨道的相互靠拢、相互磨损，长此下去，各个零件相互碰撞的情况频频发生，汽轮机设备剧烈震动，甚至出现了轴承的变形。内部零件一旦变形，一些问题就更加容易出现，一些故障也更加难以解决，更有甚者，造成汽轮机自身的停机。因为零件变形是长期存在且不可逆的，大型仪器设备的内部零件变形往往难以更换，更有甚者是专一配套存在的零件，无法替换，那么造成的结果就是，设备要么将就着变形的零件使用，要么进行维修或者停止使用。当汽轮机无法确定内部零件是否变形磨损时，如果汽轮机在未知情况下突然停机，安全隐患是不可估量的，存在的安全隐患无法估计其危险程度，往往会引发更大的安全事故，将会带来深重的经济损失。

2.4 气流震荡

气流震荡这一现象也发生在通常情况下，气流震荡的原因比较复杂。一般而言，当增大跨距时，临界转速会降低，所以通常会采用这种手段来降低临界转速。然而，另一方面，当随着汽轮机的转速和临界转速的差距逐渐拉大，就会出现汽轮机轴系统的不稳定。不稳定因素一旦确立，间隙就会持续拉大，涡动现象频发，各种零件之间的磨损逐步深入，在这个过程中，会增大各种切向力，损耗摩擦进一步严重，更严重的振动问题应运而生，这就是气流震荡导致的振动问题。由于这一现象也发生在通常情况下，很多时候需要及时检测及时勘察，避免振动问题带来的进一步损耗，不能因为处于通常情况下就把其当作可以容忍的一般情况，越是微小的毛病，日积月累就会使得工程溃于蚁穴，所以振动问题需要时刻警惕，严查背后的原因并对症下药，避免更大的隐患。

3 汽轮机振动问题防治处理

3.1 汽轮机振动监测系统

从前文可知，很多振动问题背后隐藏的原因都是一般情况下常见的原因，一个日常存在的原因并不像突如其来的异常那么惹人注意，那么时时刻刻的监测就显得尤为必要。为了对汽轮机的运行状态实时监控，建立完善一个汽轮机振动监测系统势在必行。汽轮机振动监测系统融入了先进的计算机技术，计算机技术使得监测系统对汽轮机的振动信号反应更加灵敏，各种信号在运行过程中都会被强大的计算机技术采集汇总，采集的信号将会进入一个特定的文件中去，这样既方便汇总也方便信号整理选择，计算机通过对不同信号的检测找出异常的振动信号，与此同时，计算机还能够依据不同故障的特点对信号进行诊断处理，实现智能化的监测工作。当监测系统监测到故障信号，就会发出特定的指令来确定出是设备的哪个具体位置、哪一时间段发出的信号，从而方便了后续的检查维修工作，给后续确定故障信号、对症下药带来了极大的便利性，这就是监测系统存在的附加意义。计算机的使用使得信号处理智能快捷，合理使用计算机技术是电力发展的进步阶梯。

3.2 油膜失稳防护

在进行汽轮机设备设计时，就应该提高轴系的稳定性以及系统的阻尼，当处于汽轮机本身的制造工艺足够优秀的情况下，汽轮机本身则不会容易发生油膜失稳等常见的故障问题。汽轮机的油膜失稳问题是日常运行工作中的常见问题，日常的维修防护工作也是必不可少的，具体的操作要从影响油膜失稳的种种因素为切入点，做到防护工作考虑周全、面面俱到。比如，在维修工作中，可以从降低润滑油的黏连效果入手，但是这样做另一方面又会对油膜的厚度产生不利影响，很可能导致油质老化现象的出现。所以维修工作并不是一蹴而就简单进行的，要考虑多方面的因素，不能顾头不顾尾，只考虑解决当下的油膜失稳问题，还要考虑是否对其他方面造成更坏的影响。

3.3 气流震荡防治

从前文得知，气流震荡作为日常运行过程中普遍存在的一个不利因素，往往是造成汽轮机设备振动问题的重头原因。气流震荡的原因比较复杂，气流震荡问题的防治也不简单。这种日常存在的不利因素往往是根深蒂固的，如果要防治仅仅通过简单的检测工作、维修工作进行“预防”还不够，更重要的是要引进新技术新手段对其进行“治理”。举个简单的例子，气流震荡过程中会出现涡动的不利现象，是汽轮机振动问题的主要影响因素，那么就可以引进借助反旋涡技术手段对其进行干扰。短期内，通过更高的技术手段来解决设备的基础问题，那么就需要借助其他手段来“治标不治本”，一个小小的反干扰手段也可以避免更深一步的严重问题发生。这些手段的目的都是为了使得气流震荡的危害影响缩减到最小，保证转子的稳定能够适应汽轮机更高强度的工作。

3.4 其他问题的防治

其他问题包括前文提到的气缸受热不均匀以及膨胀问题和汽轮机振动摩擦引起的一系列问题，这些问题虽不是重点影响因素，但也需要我们格外重视。汽轮机的稳定性需要多个零件协同工作，不放过任何一个微小因素，从小处危害入手，才能成就整体的稳定运行。

受热不均匀的根本原因是受热与加热期间的阻碍引起的，因此汽轮机在使用前的检查工作必不可少，检查汽轮机的各个部件是否完好，运行过程中是否有可能存在的阻碍因素，运行前要对汽轮机的管道进行全面检查，最好使用清水及时进行冲洗疏通。如果后续使用过程中仍然出现受力不稳的情况，不能对此视而不见，更不能对这类常见问题手足无措，这类问题的出现并不复杂，往往需要一些微小简单举措就可以产生意想不到的效果。比如，可以适当调整汽轮机的运行参数，或者避免使用汽轮机过于频繁，这是不需要花费过多心思的手段，也不需要新的技术支撑，通过这样的手段来尽力减少不利影响。

对汽轮机的动静摩擦因素处理也是这样，工作过程中要时刻注意不合理的情况出现，注意及时调整参数来改变不合理的情况，因为动静摩擦这一情况的出现，大部分是源于参数不合理，所以调整参数是这一问题的基本解决方法。除此以外，降低其工作效率，及时对出现毛病的零件进行调换等，都可以避免汽轮机动静摩擦的问题出现，摩擦问题也可以从减少摩擦的切入点入手，例如，涂抹润滑油等，都不失为一种好办法。

4 结语

综上所述，可以看出来汽轮机的平稳运行与多个因素息息相关，关注汽轮机的运行并不是一件可以一蹴而就的工作，相反，它需要时刻检测不利因素，避免出现更进一步的危害影响，汽轮机的振动问题得到重视和解决，才能保证汽轮机的工作效率高和汽轮机的运行持续且稳定，这才是电力工作生产的关键，保证电量的稳定供应，从而产生经济效益。