兰州西固热电有限责任公司 甘肃兰州 730060
摘要：本文采用频谱分析方法对发电厂汽轮机轴运行过程中轴系的振动进行了测试分析,发现汽轮机组轴系振动的振源主要是转子质量不平衡、转子碰摩等,同时分析了各种振动的机理、征兆,在此基础上,提出了降低汽轮机轴系振动的相应措施。
关键词：汽轮机轴系；振动；控制；措施
引言：汽轮发电机组的振动是机组安全运行的重要指标之一，若机组振动过大对机组本身、基础和周围建筑物都十分有害，会严重影响设备的安全运行和工作人员的健康。据统计,在汽轮机所有的故障形式中，由于轴系振动引发的故障约占80%左右中因此，分析研究汽轮机轴系的振动是非常重要的。
1 振动测试，预报和应急处理措施
确定防止弯轴的监测重点部位，在定速下对振动爬升的注意，几个转速点的振动值不能超过常规值，主要包括500rpm和和中速暖机的转速，要特别注意刚升到暖机转速，振动就很大，又有持续上升的情况，这时发生碰摩弯轴的危险性较大。如果刚升到暖机转速，振动不大，但持续上升，除了碰摩，其它运行原因也会引起弯轴。转速3000rpm时，振动逐渐增大的处理碰摩造成大轴弯曲的过程，有是发生在机组降速。临界转速以上或3000rpm转速的弯曲仅是弹性弯曲，振动的爬升是由轻微的碰摩引起的。如果这时打闸停机，过临界转速时轴振增大，碰摩加剧，导致转子局部碰摩点过热，形成永久弯曲。数台机组弯轴的实际过程证实了这种成因的可能性。由此可以得到两个重要的经验:①如果3000rpm碰摩的重点监测部位出现工频振动逐渐增大的现象，当时排除转子热弯曲等其他可能，较肯定是发生了碰摩，这时不能打闸，而应该手摇同步将转速降到工作转速与临界转速之间的某点，如2500rpm,定速点的确定以振幅比3000rpm小为准然后保持转速观察振动变化寻找相应办法,有可能碰摩脱离转子逐渐恢复，这时不打闸的目的就是防止降速过临界转速造成碰摩永久弯曲。②如果中速暖机时确定转子已经，弯曲，强行冲过临界转速后可能会发生“冲得过去降不下来”的局面。还不如不冲临界而将转子停下来盘车直轴。
2 机组振动故障诊断
2.1质量不平衡
转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占故障总数的80%。随着制造厂加工，装配精度以及电厂检修质量的提高，这类故障的发生率正在逐渐减少，过去国内大型汽轮机厂中只有个别厂家可以对大型汽轮机转子进行高速动平衡，现在几乎全部厂家都可以做。至于发电机转子的高速平衡，各电机厂早已能够进行。现场检修过程中的转子平衡方法也在不断改进。低速动平衡有些电厂已经抛弃了老式的动平衡机，取而代之是使用先进的移动式动平衡机。即便如此质量不平衡目前仍是现场振动的主要故障。转子质量不平衡的一般特征。量值上，工频振幅的绝对值通常在30um以上，相对于通频振幅的比例大于80%。这包括，工频振幅为主的状况应该是稳定的，各次启机，升降、速过程，不同的工况，如负荷,真空,油温,氢压，励磁电流等。工频振动同时也是稳定的，二转子质量不平衡的分类特征
汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个:原始不平衡;转动过程中的部件飞脱松动以及转子的热弯曲。原始不平衡是主要原因。
原始，质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经有的不平衡。它通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。
这种不平衡的特点除了上面介绍的振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是“稳定”，这个稳定是指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速或带负荷的时间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响。具体所测数据中，在同一转速下，工况相差不大时，振幅波动约20%，相位在10°~ 20°范围内变化的工频振动均可视为是稳定的。转动部件飞脱和松动，汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉金以及平衡质量块;发生松动的部件可能有转子线圈槽楔联轴器等。飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒内以某一瓦振或轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时出现一个固定的变化。相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大。这种故障一般发生在机组带有某一负荷的情况。转子热弯曲，转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变化，随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐渐增大，相位也随之缓慢变化，一定时间内这种变化趋缓，基本保持不变。存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的振幅，要比转子温度低启机升速是的振幅大。两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。
这种热弯曲是固有的，可重复的, 因而可用平衡的方法处理。有时运行原因也会导致热弯曲，如汽缸进水进冷空气动静摩擦等。只要没有使转子发生永久朔性变行,这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振动大的现象也会随之自行消失。
3 汽轮机轴系振动故障研究
汽轮机轴系振动故障研究汽轮发电机组是电厂中的重要设备，而汽轮发电机组的振动严重威胁着汽轮发电机组的安全运行。机组运行中，轴系振动最常见的后果是导致机组无法升速到工作转速，个别情况下，轴系振动大会造成汽轮发电机组设备损害事故，如动静摩擦等引起大轴弯曲，支持轴承的乌金破碎或严重磨损，甚至转子断裂。例如2001年广东省就有3台大型机组发生高压转子永久弯曲事故。1988年，某电厂600MW引进机组发生高压缸叶片断裂重大事故，直接损失2400万元，此外近几年运行中叶片断裂事故也逐渐增多，如果不即时发现并确切诊断，则很可能造成大面积叶片断裂，而引发大轴弯曲或飞车事故，此类事故不胜枚举，不仅间接直接经济损失巨大，而且更严重的是影响机组的寿命，威胁生命安全。本人根据自己现场工作经验，列出常见的振动原因，及其如何在运行和检修中防范。发电厂基本采用汽轮机将锅炉生成的高温高压蒸汽的热能转化成自身高速转动的机械能，同时拖动与其同轴联结的发电机设备，实现机械能转化成电能的转化路径。汽轮机转子作为中间媒介不但接受高温高压蒸汽的冲击，围绕中心轴线做高速回转运动。由于在传递过程中受转子本身质量不平衡、动静之间摩擦、轴颈处支撑轴承油膜刚性、蒸汽汽流冲击等诸多因素的影响，运行中，轴系偏离设计中心轴线做回转运动，在离心力的作用下，失去平衡，造成转子振动。如果振幅、烈度超过允许范围，将会导致机组无法升速到工作转速，个别情况下，轴系振动大会造成汽轮发电机组设备损害事故。
结语：转子不平衡和碰磨是引发汽轮机轴系振动的主要原因。解决转子不平衡的基本对策是:首先检查转子是否存在其他故障,如不对中松动等。消除其它故障后,根据不平衡部位和性质进行动平衡。转子轴向碰摩引起的振动频谱中主为一倍频成分,时域波形为正弦波,振动信号中的相位和轴心位置不稳定;润滑油温升高;振动具有突发性和不稳定性。通过刮瓦或者用备用瓦更换;增大动静汽封间隙;尽量减小原始不平衡以降低振动水平,提高转子对中水平等均可以降低转子碰磨振动。
参考文献
[1]陈云.某电厂汽轮机轴系振动突增的临时运行控制措施探讨[J].机电信息,2019(23):68-69.
[2]薛锋.电厂集控运行中汽轮机运行优化策略分析[J].科技创新导报,2019,16(20):79+81.
[3]焦军涛.汽轮机轴封系统波动原因分析[J].科技与企业,2015(09):234.