汽轮机轴承振值高的原因分析与处理

祁宏涛(甘肃刘化(集团)有限责任公司，甘肃 永靖 731603)

1 汽轮机振动的原因分析

1.1 汽轮机设计与制造问题

在汽轮机的设计制造过程中，由于设计技术水平和制造工艺技术的限制，现有制造工艺的限制，无法满足设计工艺设计的加工精度。尤其是对汽轮机转子及其他零部件的高精度要求，不能满足设计标准的要求，因而不能满足高速、低速、平稳测试的测试要求，容易产生转子。机组实际运行中出现的离心问题会导致其振动故障[1]。

1.2 汽轮机等设备安装工艺的影响

汽轮机及其他设备安装工艺的影响，影响其安装质量的主要因素包括：安装施工现场的环境因素、安装人员的整体技术水平、安装规划、安装工艺是否合理。但在实际的安装计划制定过程中，可能会出现不适当的工序问题。安装人员专业技术水平参差不齐，容易出现与安装规格不符、误差等问题，相关监管人员对施工过程没有严格监督，在安装过程中容易出现问题。有时还会发生接触和碰撞，因为零件之间的间隙不符合标准。出现零件，长时间运转零件膨胀，摩擦增大，润滑系统故障[2]。

1.3 汽轮机运行及调整中的振动原因

在调速过程中振动的原因是油膜振动是在高速旋转条件下汽轮机转子发生故障，影响转子的稳定性。当旋涡速度达到危险速度时，共振将增大，严重时会出现剧烈振动。机组振动也有可能引起油膜振动。振速增大，振幅也明显增大。当振动频率与发电机危险速度一致时，其振动频率不受速度的影响。油膜的振动也会产生低频组分，轴系液压将发生较大的变化，轴承会产生较大的金属撞击声。第一，当机组运行负荷超过定点时，轴的振动将大大增加。反之，如果通过减载降低到低于此值，振动就会大大降低。而且，出现了上述强振动与高压转子的一次危险速度相同或稍低的现象。通过对以上特征的分析，首先发现汽轮机运行中气体不平衡对叶片产生影响。在大批量的安装中，尾部叶片端部湍流会产生蒸汽流。由于蒸汽流动，轴封也可能会振动。

1.4 汽轮机运行检修与保养问题

根据发大修计划，汽轮机运行需要定期大修，某些部件如出现故障，还需进行排除。汽轮机还需要按照大修计划进行日常运行。执行检查，处理日常所需清洗及保养部件[3]。然而，在维修过程中，由于维修人员缺乏责任心，不严格按规范操作，极易产生安全隐患，日常检修与维护技术不十分合理，同时也容易出现故障，如不能有效控制排气管温度，轴承温度就会过高，容易出现振动故障。此外，轴承在转动过程中若形成油膜，将会影响涡轮转子的稳定性，造成振动故障。

例如：北仑电厂二号机组是由法国GEC-AL-STHOM设计制造的600 MW机组。自营业以来，10号瓦经历了多次震荡。1995年5月8日，在550 MW负荷处，工人发现振动缓慢。减载过程中，上体最大振动迅速达到122微米，随后手动关闭。尽管长期暴露在10块瓦片的振动中，观察和试验结果表明，密封油温对振动基本无影响，其他因素对其影响不大。当密封油温超过51 ℃(如图1所示)时，相角基本不变，振幅在30 μm以内可有效地抑制振动变化。通常情况下，密封油温由51 ℃降至45 ℃时，振动开始发生变化(如图2所示)，相位角不断变化，振幅增大，但会增大到一定值。这是典型的摩擦振动，有密封环与转子的动静碰磨引起，但并不严重。

图1 密封油温超过51 ℃示意图

图2 振动发生变化示意图

2 汽轮机振动处理对策

2.1 完善工作人员管理制度

对汽轮机安装和建造单位加强专业技能培训，具有较高的专业水平和综合素质队伍，结合专业理论知识水平和建设现场实践能力，对建筑工地的监督人员及相关技术监督人员，必须从汽轮机及其组件的质量、建筑人员专业技能水平等方面，在汽轮机机组安装和建设的全过程进行质量控制。当汽轮机运行中出现油膜振动时，应采取以下故障处理措施。第一，增大轴瓦的比压力。第二，减小轴承垫上间隙。增大上轴承合金宽度，轴颈与轴承衬套间的接触角减小；最后，降低润滑油的动态粘度，即油温升高或润滑选择。粘性很低的油并且，可以降低转子原有的不平衡成分，采用平衡法[4]。

2.2 提高汽轮机及其零部件的设计水平

汽轮机及其相关零部件的研究应把研究重点转向汽轮机主要部件和精密部件。为进一步提高效率，采用级数、转子直径、反应度等设计参数对其进行优化设计，以开发与之相适应的叶型。而在水轮机高压级上，叶片的长度较短，且叶片高度方向上的边界层和二次流动面积所占的比例较大，必须考虑其流动特性。蒸汽以相对速度流入叶片，即静止叶片出口的绝对速度和旋转叶片的圆周速度。可以看出，叶片相对速度方向距离转子叶型进口角越远，叶型损失越大。另外，转子叶相对流入角由于需要实际考虑边界层和二次流的影响，很难按期望的高精度设计。将强化设计方法、反问题设计方法、二维湍流分析技术集成到叶片形状设计中，为适应流入角的变化，采用了缓慢损耗特性的圆头转子叶片。

2.3 注意外部环境因素

凝汽器的换热过程是通过循环水泵提供的循环冷却水将汽轮机排气口排出的乏汽冷凝成水，当环境发生变化导致循环冷却水温度产生变化时，凝汽器的背压就会发生变化，进而对凝汽器的换热面积产生影响。在关注外部环境因素的同时，能够进行良好的自我调节。对汽轮机检测与维修人员应加强汽轮机振动故障危险性的教育，并加深对其危害的认识。定期举办相关的安全教育和实际案例分析，不断学习业界及其他相关公司的先进技术及维修方法，加强技术交流与员工间的沟通，全面提高员工的责任意识和整体素质，以员工较低的专业水平或工作失误带动4号机组汽轮机是发电系统的重要部分，在运行中容易发生振动故障，影响发电系统的稳定性和发电效率。在设计、质量、安装、运行等方面存在着一定的问题，需要改进汽轮机及其零部件的设计处理水平，以确保其振动故障的发生[5]。

2.4 调节汽轮机转速

在正常运行时必须注意控制小汽轮机的转速，避免共振速度。因此，有必要从控制的角度研究小型汽轮机调速逻辑。不但适应炉子负压调节，而且速度调节过程更平稳。不要给汽轮机施加更强的交变应力。所以要注意机组的蒸汽驱动汽轮机的速度，以产生正常频率的振动。在高负荷情况下，机组应选择高热量煤混煤，加强烟道及低温节能器的黑烟喷吹，加强烟道阻力监测，防止阻力上升，使涡轮转速升高；选择合适的吹煤时间，降低汽轮机轴承的轴向振动，减少蒸汽的轴向振动，避免煤粉高负荷、高速吹等。测得的振动，还可发现轴向振动过大。它的振动特点是频率和速度相等，轴向振动的大小与转子柔软度成正比，每个轴承的振动相取决于转子弹性线的形状。两轴承轴向振动的临界速度是相反的。在两个临界速度附近，两个轴承轴向振动相同。轴向振动按特殊情况可分为振动现象。在弯转子旋转时，轴颈发生偏转，使轴套内油膜支承中心呈周期变化，从而产生轴承座的轴向振动与轴承座几何中心不一致[6]。柔性转子旋转时，轴瓦和轴承座会相应偏转，而轴承不能跟随轴承的轴向振动。由于前两种振动原因，上面已作了说明，因此这里不再重复。因轴承壳体不稳定而引起振动，为及时发现，可及时发现。振动在线监测目前装备有轴向监测装置，振动在线监测为振动监测与分析创造了良好的条件。要实现振动的在线监测，就必须对异常振动进行对比分析，找出振动原因，做好工作。如发现设备异常振动，应立即进行现场检测。为了防止振动超出规定的极限，应在停止时间内停止。

3 结语

振动产生的原因是十分复杂的，而且每个汽轮机组的情况也都不同，因此需要针对每一个机组，进行一系列的试验，找出振动的规律，做好记录工作，结合运行与检修时的资料，进行综合分析，才能找到振动的原因，加以消除。在生产运行中，还必须做好振动监测工作。避免异常振动的发生，确保整个的正常运行。