火电厂汽轮机运行异常振动原因分析

倪福源

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司 内蒙古 锡林郭勒 026000

汽轮机的异常振动现象比较常见,要想通过异常振动来判断汽轮机的故障情况相对来说还是比较复杂的,汽轮机的异常振动影响因素较多,例如：进气参数、油质、油温控制、系统零部件、转子、轴承等,对于汽轮机的运行都可能产生一定的影响,引发异常振动现象,针对不同部位发出的异常振动以及声响特点进行分析,需要相关的运行人员具备一定的经验基础,能够有效对于不同的异常振动进行判断分析,从而排除故障,解决振动问题,保证汽轮机的正常有序运行。

1 汽轮机异常振动的主要原因

1.1 设计及制造缺陷 汽轮机在制造阶段,由于在设计结构上存在不合理或者零部件加工精度不够,转子在高速和低速平稳试验过程中无法达标,出现一侧离心力,使得机组产生异常振动故障,这是汽轮机本身在生产制造过程中就存在的弊病,设备制造商是问题出现的源头。

1.2 安装工艺不合格 机组在组装时的工艺精度,将直接对汽轮机振动产生影响。汽轮机支承系统中,轴颈与轴承钨金侧间隙不当、轴承与轴瓦安装间隙不合格、轴承标高不合理、轴承座地脚螺栓松动等,均会引起汽轮机的异常振动。这就要求现场组装时掌握好各零部件的间隙,避免摩擦磨损的情况出现。

1.3 汽轮机转子热变形 在汽轮机运行的过程中,转子因受热不均出现弯曲变形,将会引发汽轮机的异常振动,而转子出现弯曲变形的影响因素比较多,主要原因有：动静摩擦、转子受热或冷却不均匀、中心孔进油等。比较常见的情况是,机组冷态启动后带初负荷,转子温度攀升,金属内应力释放引起转子热变形,一倍频振动增大,并伴随离心相位发生变化。转子在出现弯曲变形后,弯曲的转子会造成轴弹力的变化,导致转子在运行过程中出现不平衡现象,这两种作用力如果实现相互抵消,作用力大小需要保持一致,但是不平衡会导致动力差距增大,无法实现两者之间的相互抵消,这种力的差距会导致系统振动。

1.4 转子质量不平衡 转子的质量不平衡可分为静不平衡与动不平衡。对于轴向尺寸较小的转子一般表现为静不平衡,当转子质量重心偏离中心一定距离时会产生离心力,离心力的合力不为零时,其方向会随着转动而发生周期性变化,同时离心力会对轴承施加一个附加的动压力,使整体产生周期性的振动。

转子的动不平衡通常出现在轴向尺寸较大的转子上,其质量分布不可近似地认为在同一回转面内,离心力为空间力系,单靠在某一回转面内加平衡质量的静平衡方法无法达到使离心力合力和离心力合力矩为零的目的。必须使用动平衡试验法：选定两个辅助平面将各不平衡质量按比例分解在两平面内,最后再利用静平衡的方法使两辅助平面内的力达到平衡。

而在运行中发生叶片断裂、脱落或者磨损不均匀、腐蚀、结垢等情况,都会使转子产生质量不平衡；转子找平衡时,平衡块选择不当或者安装位置不当,转子上某些零部件松动,发电机转子线圈松动或不平衡,均会造成转子质量不平衡。以上情况存在时,转子转动所产生的离心力就无法达到平衡状态,转子每转动一周,则受到一次冲击,该冲击力周期作用的结果,就是异常振动。

1.5 高负荷下配汽方式突变或不合理 大功率机组在高负荷运行时汽轮机配汽方式发生突变,会引起汽轮机的异常振动。例如：高低压加热器汽侧解列,使得抽汽量骤降,可能会引起汽轮机超压超负荷,从而导致剧烈振动；顺阀控制的机组调节汽门卡涩或门芯脱落,调节级出现部分进汽,气流沿周向分布不均匀,造成轴系振动；如果调节汽门重叠度设置过小或没有,执行机构的特性曲线就会出现波折,影响调节系统静态特性的同时,也会导致机组异常振动。

1.6 油膜震荡 随着汽轮机转速的升高,在某一转速下油膜力的变化产生一个失稳分力,使轴颈不仅在旋转过程中围绕轴中心线运行,而且轴中心线本身还需要围绕平衡点甩转或涡动,当涡动频率等于转子的一阶临界转速时,涡动干扰力的频率与轴颈的固有频率相等,轴颈振幅急剧放大,此时便产生油膜震荡。

2 汽轮机异常振动问题有效应对的措施

汽轮机在设计、制造及安装中的振动控制措施,在此不做赘述,重点探讨一下从集控运行的角度出发,对于汽轮机异常振动的控制。主要体现在预防措施上。可以从以下几个方面入手：

2.1 做好转子热弯曲变形预防措施 在火电厂的汽轮机运行管理工作中,要重点针对异常振动问题进行分析和研究,明确转子热变形是影响汽轮机振动的主要原因之一,因此,需要做好转子的防弯曲变形措施。首先要保证启动前机组和管道的彻底疏水、充分预热,汽轮机连续盘车2～4h,使汽轮机转子、汽缸均匀受热膨胀,控制胀差、上下缸温差、内外壁温差在允许范围内,最大限度减少热应力的产生。其次是根据汽轮机调节级内壁金属温度,选择合理的冲转参数,保证新蒸汽过热度50℃以上,避免因受热不均或受冷而导致的动静摩擦。

热态机组启动投轴封供汽时,应确认盘车装置运行正常,先向轴封供汽,后抽真空。停机后,凝汽器真空到零,方可停止轴封供汽。应根据缸温选择供汽汽源,以使供汽温度与金属温度相匹配,避免轴封汽带水。

2.2 保证汽水品质 严格执行锅炉冷、热态冲洗制度。新投产机组和停运时间超过150 小时的锅炉启动前必须进行水清洗。冲洗时按相关运行规程步骤操作,同时加强汽水化验,对Fe、浑浊度、油脂、pH 值、电导率、SiO2等指标严格把控,保证给水、蒸汽品质,水质不合格时禁止回收利用,避免汽轮机通流部分积盐结垢。

2.3 优化运行调整 运行中尽可能减少启停次数,严格控制升速率和负荷变动率,以减少设备热疲劳和微观缺陷引起的裂纹,杜绝超压、超温运行,防止叶片断裂；加强对润滑油系统的监视,保证各油泵工作正常、轴承润滑油压稳定,定期化验油质合格,颗粒度及水分满足要求,防止油质劣化造成轴瓦损坏。

2.4 做好油膜振荡问题解决 针对汽轮机的油膜振荡,主要控制措施有：增加轴瓦比压,提高轴承工作稳定性,可通过增加轴承载荷、缩短轴瓦长度以及调整轴瓦中心来实现；缩小轴瓦顶部间隙,使之等于或略小于两侧间隙之和,这种措施实际上是增加轴承的椭圆度,进而提高轴瓦稳定性,它比单纯提高轴瓦比压或减少长径比有效；降低轴瓦和轴颈之间的接触角度；控制好润滑油温,降低润滑油的动力黏度,黏度越大,油分子间的凝聚力越大,轴颈旋转带动的油膜厚度就越大,其稳定性就越差；增加上瓦的轴衬宽度,以便形成油膜,可提高上瓦油膜力。

总结

火电厂汽轮机的异常振动问题对于汽轮机的整体运行会产生一定的影响,需要引起重视。针对汽轮机的异常振动原因分析,制定相应的解决方案,提升汽轮机故障判断及预防能力,是目前火电厂汽轮机管理工作的重点。