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汽轮机运行中振动大的原因及危害应如何调整?

  汽轮机组担负着火力发电企业发电任务的重点。由于其运行时间长、关键部位长期磨损等原因,汽轮机组故障时常出现,这严重影响了发电机组的正常运行。汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。由于机组的振动往往受多方面的影响,只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因,比如进汽参数、疏水、油温、油质、等等。因此,针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要,只有查明原因才能对症维修。针对导致汽轮机异常振动的各个原因分析是维修汽轮机异常振动的关键。引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下几个方面,汽流激振、转子热变形、摩擦振动等。汽流激振有两个主要特征:一是应该出现较大量值的低频分量;二是振动的增大受运行参数的影响明显,且增大应该呈突发性,如负荷。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振;对于大型机组,由于末级较长,气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象;轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征,其故障分析要通过长时间的记录每次机组振动的数据,连同机组满负荷时的数据记录,做出成组曲线,观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率,从5T/h到50T/h的给水量逐一变化的过程,观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性,消除气流激振。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态,采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。

  转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系,大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段,此时转子温度逐渐升高,材质内应力释放引起转子热变形,一倍频振动增大,同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障,但其故障机理相同,都与转子质量偏心类似,因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。

  与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动,因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外,转轴弯曲时,由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同,两者之间相互作用会有所抵消,转轴的振幅在某个转速下会有所减小,即在某个转速上,转轴的振幅会产生一个“凹谷”,这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时,振幅的减少发生在临界转速以下;当弯曲作用大于不平衡量时,振幅的减少就发生在临界转速以上。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。

  摩擦振动的特征:一是由于转子热弯曲将产生新的不平衡力,因此振动信号的主频仍为工频,但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响,可能会出现少量分频、倍频和高频分量,有时波形存在“削顶”现象。二是发生摩擦时,振动的幅值和相位都具有波动特性,波动持续时间可能比较长。摩擦严重时,幅值和相位不再波动,振幅会急剧增大。三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大,停机后转子静止时,测量大轴的晃度比原始值明显增加。摩擦振动的机理:对汽轮机转子来讲,摩擦可以产生抖动、涡动等现象,但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的,由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧,导致转子径向截面上温度不均匀,局部加热造成转子热弯曲,产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。

  目前200MW及以上的机组大都装设了轴系监控装置,对振动实施在线监控,给振动监测工作创造了良好的条件。其他中小型机组有的虽装有振动监测表,但准确度较差,要靠携带型振动表定期测试核对,有的机组仅靠推带振动表定期测试记录。对中小型机组的振动监测工作,一般都比较薄弱,不能坚持定期(每周、每10天等)测试或测试记录不全不完整等等,不利于有关振动规定的认真执行。因此,电厂应明确规定测试振动的周期,给汽机车间专业人员和运行现场配备较高精密度的振动表,并建立专业人员保存的和运行现场保存的振动测试登记簿,按规定周期测试并将测试结果记入登记簿。测试中发现振动比上次测试结果增大时,专业人员应及时向领导汇报,并分析振动增大原因,研究采取措施,必要时增加振动测试次数,以监测是否继续增大。运行中如发现机组振动异常时,应立即使用现场保管的振动表进行测试,如振动比上次测试结果增加了0.05mm时,应立即打闸停机。如振动增加虽未达到0.05mm,但振动异常时听到机组有响声(如掉叶片等),或机内声音异常时,也应停机进行检查。对一般的振动增大,也应向车间汇报,以便组织分析原因,采取措施。

  (3)机组附属转动件,如调速器、主轴带动的油泵、危急保安器等部件平衡的不好,安装不良。

  (4)受热的机件安装的不正确,在冷态安装时没有考虑它们热态工作时的自由热膨胀、热变形,使得机件在受热工作时不能自由膨胀而变得有些弯曲,破坏平衡。如各种轴在受热无处膨胀时,将被顶弯,失掉平衡,造成振动;机壳受热不能自由膨胀时,也会变形引起振动。

  (5)某些机件配合尺寸不符合要求,如轴封片与轴颈配合间隙不对,配合过紧,则在受热时轴颈与密封片相摩擦,引起振动。

  (6)轴承有缺陷,如轴瓦巴氏合金脱层、龟裂;轴承与轴瓦安装间隙不合适;瓦壳在轴承座中松动;轴承动态性能不好,发生半速涡动或油膜振荡等,造成振动。

  (1)汽轮机汽缸保温不良、在启动前预热的不充分或者不正确,因而造成蒸汽轮机在启动时转子处于弯曲状态。

  (2)固定在汽轮机转子、联轴器、变速器齿轮轴上的某些转动零件松弛、变形或者位置移动,引起回转体的重心位置改变加剧振动,如叶轮和轴结合松动、某些部分变形等。一些有严格重量要求的回转零件,如联轴器个别螺栓更换而又未做平衡试验,也会破坏平衡,加剧振动。

  (3)回转部件的原有平衡被破坏,如叶片飞脱,叶片或叶轮腐蚀严重,叶轮破损,轴封损坏,叶片结垢,个别零件脱落,发电机转子内冷水路局部堵塞,以及静止部分与转动部分发生摩擦等等。

  (4)启动前预热不均匀,机壳产生变形,使机组内动静部件间隙不均匀,甚至产生摩擦,引起振动。

  (5)蒸汽管路或气体管路对机组的作用力,使机组变形、移位;管路与机组联接不合要求等等也都造成振动。

  (7)新蒸汽等运行参数与要求值偏差太大。新蒸汽参数偏差过大而末及时调整,使汽轮机部件热膨胀及热应力变化剧烈;汽压、汽温过低未及时采取措施;排汽缸温度过高引起汽缸变形等等。

  (8)机组运行转速离实际临界转速太近、机组某部件的固有振动频率等于或低倍于汽轮机运行频率,使部件或汽轮机发生共振。

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