【文章內容簡介】 大幅波動。當汽輪機發(fā)生軸承油膜不穩(wěn)定震蕩時，現象為無論在空轉或帶負荷下均有振動，振幅時大時小，但振動頻率低，負荷變動時振幅特別大，有時會自行消失或突然又重新發(fā)生。汽輪機軸承油膜不穩(wěn)定或油膜破壞是引起汽輪機軸系嚴重損壞的一大原因之一。二、汽輪機異常振動的處理要點當汽輪機在啟動、停機、運行中發(fā)生強烈振動，振動幅值超過規(guī)定停機限額時，如一時難以判斷發(fā)生振動的原因，應先進行緊急停機，避免振動發(fā)展到嚴重損壞設備的程度。然后再進一步分析查找原因，在原因不明、故障源未消除前不得重新啟動汽輪機。三、 汽輪機異常振動的可能原因1. 汽輪機轉子塑性變形——大軸彎曲。(1）汽輪機軸封、隔板汽封塊因安裝問題而使間隙太小時，運行時會產生動靜磨擦。因局部磨擦過熱膨脹，使轉子產生熱彎曲，若強行通過臨界轉速，則很容易產生永久性彎曲。(2）汽缸受熱不均或汽輪機進冷水、冷汽時，會造成上下汽缸溫差過大，使汽缸產生熱變形或拱背彎曲，導致汽輪機軸端和隔板徑向間隙消失相碰。嚴重時汽缸下部積水較多，使高溫狀態(tài)的轉子接觸到冷水，轉子局部驟冷產生熱變形。(3）汽輪機停用后消缺或盤車裝置存在問題，使盤車不正常，引起轉子熱彎曲、晃度值超標。2. 汽輪機轉子動平衡校正精度不高，或轉子質量平衡塊定位不牢固，造成轉子在升速時產生不平衡振動。3. 汽輪機運行中，轉子上葉片斷落，使轉子產生新的不平衡，且由于葉片斷落使轉子受到的蒸汽力不平衡而產生較大彎矩，這些原因都將引起汽輪機異常振動。4. 滑銷系統(tǒng)存在問題，使汽缸膨脹受阻，軸承座標高發(fā)生變化，引起軸系中心破壞。5. 汽輪機軸承基礎不牢固、臺板松動，軸承座堅固螺栓松動。6. 振動發(fā)生在發(fā)電機部位，振動值隨勵磁電流的增加而增大，可能因為發(fā)電機轉子有熱彎曲。其原因一般有：發(fā)電機轉子熱處理不良，在通勵磁電流后發(fā)熱膨脹不均勻；發(fā)電機某一側通風口堵塞；水內冷發(fā)電機轉子部分水路阻塞使冷卻不均勻。7. 引進型300MW機組發(fā)電機的勵磁機采用三支承結構，抗振動穩(wěn)定性較差，由于氫冷發(fā)電機密封瓦間隙較小，一旦密封油溫度偏低、密封瓦油膜不均勻、空氫側油壓差過大，即會引起密封瓦碰擦發(fā)電機，使勵磁機振動加大。同時，由于勵磁機轉子動平衡精度不高，在密封瓦碰擦的擾動下，勵磁機產生共振反過來又加劇了密封瓦碰擦，造成惡性循環(huán)、振動劇烈，這種情況在啟動升速通過臨界轉速時尤為突出。8. 汽輪機軸承油膜不穩(wěn)定或震蕩的原因一般有：軸瓦間隙過大，使運行中下瓦油膜不穩(wěn)定；進入軸瓦的油量不足或瞬時中斷，造成油膜破壞；汽輪機潤滑油品質不良或用錯潤滑油牌號；潤滑油溫度過高，油質變稀，粘度過大[8]。 300MW汽輪機組幾種異常振動現象及其原因分析根據國產300MW汽輪機組的結構特點,；軸承動態(tài)標高變化引起的1號軸承低頻振動；高中壓轉子振動爬升；汽缸中心位置動態(tài)偏移引起的摩擦振動；某一特定流量指令下的高壓轉子不穩(wěn)定振動。N300MW汽輪發(fā)電機組已經是我國電網中的主力機組。當前,國產300MW汽輪機組多數采用雙缸(高中壓合缸)雙排汽、軸系四支承結構(見圖31),低壓轉子兩端軸承坐落在排汽缸上。經過多年的現場試驗研究和理論分析,這種300MW汽輪機組除了具有旋轉機械一般振動特性外,由于其自身結構的特性,還有其獨特的振動現象,應引起制造廠家、用戶和有關技術人員的注意,以確保機組的安全穩(wěn)定運行。圖31 國產N300MW汽輪機組軸系示意圖 低壓轉子支承剛度低引起的不穩(wěn)定異常振動國產N300MW汽輪機組的低壓轉子軸承(3號和4號軸承)坐落在低壓缸的下半兩端,軸承的下瓦呈懸臂梁結構。同時,低壓缸的結構尺寸大,在軸向方向分為三段,分別用鋼板焊接而成,再用螺栓連接起來。因此,低壓缸本身的剛度小,在運行時,由于大氣壓力和溫度應力的作用,極易產生變形,導致機組低壓轉子產生不穩(wěn)定振動。這種不穩(wěn)定振動在國內數臺300MW機組上發(fā)生過。例如,某國產300MW汽輪機組自安裝投運以來,就存在低壓轉子振動不穩(wěn)定的問題。在2001年下半年連續(xù)高負荷運行一段時間后,發(fā)現在200MW左右負荷運行時,低壓轉子兩端軸振和瓦振較大,4號軸承處轉軸水平振動(4X軸振)有時超過100μm,4號軸承垂直振動可達50μm,且對運行參數變化反應十分靈敏。低壓轉子的振動穩(wěn)定性較差,只要外界的影響因素有所改變,振動就會發(fā)生變化。根據振動規(guī)律,該機組的這種不穩(wěn)定振動,明顯是由低壓轉子支承剛度太低、且在工作轉速附近落入共振區(qū)引起的?！≥S承動態(tài)標高變化引起的1號軸承低頻振動國產300MW機組高中壓缸采用中分面貓爪支承,中壓排汽缸外缸兩側伸出的貓爪支承在2號軸承座上,貓爪沒有設置冷卻裝置。這種結構在運行過程將導致2號軸承座溫度上升較大,2號軸承上抬,從而使2號軸承的載荷增加,1號軸承的載荷降低。從而使1號軸承低頻振動?！「咧袎恨D子振動爬升及其原因所謂振動爬升,是指機組從冷態(tài)開機開始,隨著機組經歷從抽真空、沖轉、并網、帶負荷至滿負荷這樣一個過程時,機組的振動幅值逐漸增加,使得振幅達到或接近報警值,甚至超過報警或停機閾值。如,某國產300MW汽輪機組于1998年2月投運以后,在多次開機過程中出現振動爬升現象,振幅最大可爬升到130μm～140μm。為此,對該機組進行振動測試,獲取振動爬升的規(guī)律。試驗結果表明:1. 冷態(tài)開機時,在2000r/min轉速下暖機過程中,2號軸振的振幅可增大30μm～40μm,相位變化50176?！?0176。2. 冷態(tài)開機升速到工作轉速時,1號、2號、3號和4號軸振并不大,均在允許范圍內。3. 并網帶負荷后,振動繼續(xù)增加,一般振幅可增大60μm～70μm。4. 帶負荷后,振幅爬升主要是在低負荷階段,當負荷超過200MW時,變化很小,在高負荷下運行一段時間后,振幅略有減小。5. 振動的爬升規(guī)律與高中壓缸的缸溫有一定的對應關系。特別是2X振動變化規(guī)律與高中壓缸金屬溫度的變化規(guī)律有良好的對應關系。6. 機組負荷突然變化后,機組的振動并不發(fā)生突然變化。這說明轉子上的力矩大小與振動之間并沒有明顯的關系。7. 機組在經歷抽真空沖轉并網帶負荷滿負荷過程時,高中壓轉子和低壓轉子的質量不平衡分布發(fā)生了較大的變化。根據機組振動的特征,可以發(fā)現,振動爬升純粹與機組的熱狀態(tài)有關,即與轉子的溫度有關。產生上述規(guī)律的振動爬升,主要原因可能有:1. 冷態(tài)時,轉子上有過大的內應力。機組在經歷抽真空沖轉并網帶負荷滿負荷過程時,轉子的溫度逐漸升高,轉子內部的應力分布也逐步發(fā)生變化,從而改變了轉子的不平衡質量的分布,使得振動爬升。如某廠國產汽輪機[9]在運行中發(fā)現5號軸承振動逐漸增大，經分析可知是由轉子平衡不良引起的。2. 轉軸材質不均勻。轉軸在澆鑄、鍛造和熱處理過程中形成的直徑方向纖維組織不均,造成線膨脹系數存在差別。當轉子溫度升高后,線脹系數大的一側膨脹量大于線脹系數小的一側,使轉子形成彎曲。當轉子冷卻后,彎曲又消失。由于這種彎曲值正比于轉子溫升,因此,在經歷抽真空沖轉并網帶負荷滿負荷過程時,轉子的溫度逐漸升高(特別是在低負荷階段,轉子的溫度升高較快),轉子的彎曲值逐漸增大,振動爬升[10]。 轉子中心孔進油引起的振動汽輪機轉子中心孔進油[11]在現場時有發(fā)生。造成進油的原因通常有兩種可能，一是中心孔探傷后油沒有及時清理干凈，殘存在孔內；二是大軸端部堵頭不嚴，運轉起來后由于孔內外壓差使得潤滑油被逐漸吸入孔內。中心孔有油后會使轉軸出現振動問題，它造成的振動在機理上有數種不同的說法。一種說法認為，轉動時孔內液體轉速比轉軸低，這樣液體會產生一個比轉動頻率低，但是頻率接近轉速的次同步激振力，這個激振力和工作轉速合成后可以產生拍振或和差振動。另有說法認為，孔內液體的黏性剪切力使得液體的離心力相對于高點有一個超前角，這樣，離心力可以分解出一個與渦動方向一致的切向力。因為渦動一般是次同步的，轉子軸承系統(tǒng)容易發(fā)生以它本身的固有頻率一致的渦動，當轉子轉速高于其臨界轉速時，由液體離心力分解出來的渦動力造成次同步失穩(wěn)。還有說法認為，在轉子加熱到一定溫度時，黏附在中心孔壁上的潤滑油發(fā)生熱交換，使轉子產生不對稱溫差，轉子內壁局部被加熱或冷卻，進而發(fā)生熱彎曲，所產生的不平衡質量引起振動增大。上述各種說法對轉軸中心孔液體造成振動的機理與特征的說明是不一致的。但從現場機組發(fā)生中心孔進油的實例看，在振動特征上有一點是共同的，即都出現工頻振動增大的現象，具體有如下一些特征：1. 工頻振幅隨時間緩慢增大，時間度量大約是數十分鐘或1～2小時。出現的工況一般在定速后空負荷或帶負荷過程。2. 這種故障的發(fā)現通常在新機調試階段或機組大修后。往往初始的一、二次啟動沒有這種現象，后幾次越來越明顯。因此，判斷的一個很重要的依據是將幾次開機的振動值進行比較。根據現場振動處理實例，50MW機組汽輪機轉子中心孔進油約200～300ɡ即可引起較明顯的振動，孔內油量越多，振動越顯著。一旦確定振動是由中心孔進油所造成的，只有取下軸端堵頭，清理中心孔。 聯(lián)軸器不對中造成的振動聯(lián)軸器不對中是汽輪發(fā)電機組振動常見故障。我們知道關于機組軸線的幾何形狀有兩個定義，一是軸承的對中，它是指軸承內孔幾何中心在橫截面的垂直和水平方向上與轉子軸頸中心預定位置的重合程度。另一個是聯(lián)軸器的對中，也就是軸系轉子各軸線的對中。聯(lián)軸器不對中是指相鄰兩根轉軸軸線不在同一直線上；或不是一條連續(xù)的光滑曲線，在聯(lián)軸器部位存在拐點或階躍點。設計階段，根據選用的軸承、轉子的質量、軸承標高的熱變化量等確定各軸承的負荷分配，再計算確定各個軸頸中心在軸承中的偏位角和偏心率，即軸頸靜態(tài)位置。然后根據轉子的重力撓曲線確定各軸承的揚度，供安裝時使用。同時各軸承的靜態(tài)負荷也隨之確定。機組安裝時依照這些值對各軸承座和缸體進行找正找平，使各個軸承的靜態(tài)負荷達到預定值，同時也自然保證了軸頸中心在軸承中的位置與原定的一致。如果軸承的標高高于規(guī)定值，這個軸承的負荷要比原定值高，如果軸承的標高低于規(guī)定值，負荷則要比預定值低，這兩種不對中都是不希望出現的。 防止振動損壞 汽輪機運行的可靠性在很大程度上可以認為是由機組的振動狀態(tài)決定的，過分強烈的振動，意味著機組存在嚴重缺陷，在振動的作用下，機組各部件間的連接會松動，這就消弱了汽缸軸承座基礎板和基礎間連接的剛性，這種情況的產生又反過來加劇了機組的振動，甚至使動靜磨擦咬合，導致機組產生嚴重破壞而被迫停機[12]。振動是汽輪機組狀態(tài)最常見的外部表現形式。振動信號中包含了豐富的機組狀態(tài)信息。當機組的狀態(tài)發(fā)生變化時，其振動形態(tài)也將隨之發(fā)生改變。利用適當的數學方法，對振動信號進行分析，可以提取反映機組狀態(tài)的信息。 防止振動損壞的措施： ，其原因是有一只或數只葉片或拉金斷折。，以避免轉子彎曲。3．保證軸承座的穩(wěn)定性，避免機座和汽缸因運行狀態(tài)迅速變化而引起的意外熱膨脹，以保證軸承座在承力面上自由移動。4．正確地安置承力軸承的軸瓦，避免因發(fā)熱而產生振動。第四章 汽輪機油系統(tǒng)故障與著火預防措施 油系統(tǒng)故障汽輪機軸承損壞燒軸瓦除水沖擊引起外，大部分情況是潤滑油失常造成。汽輪機調節(jié)系統(tǒng)失靈很多情況也是有高壓供油造成或EH系統(tǒng)故障引起，發(fā)電機密封瓦發(fā)生磨損燒壞也與密封油系統(tǒng)失常緊密相關。所以，運行及時發(fā)現和處理油系統(tǒng)故障對機組的安全穩(wěn)定運行相當重要。 油系統(tǒng)工作失常的表現形式1. 潤滑油系統(tǒng)工作失常，一般表現為油壓、油溫、油位偏離正常工作范圍，油質惡化。其后果是可能造成軸承溫度上升、超限，甚至軸瓦燒毀，軸承振動異常增大。油位低至一定值時可能使油泵斷油。2. EH油系統(tǒng)工作失常，主要表現有油壓逐漸降低或油壓突然降低，EH系統(tǒng)上接頭噴油，蓄能器氫氣壓力降低，EH油泵發(fā)燙、異聲、油箱油位下降等。3. 發(fā)電機密封油系統(tǒng)失常，主要表現有空側或氫側密封油溫度偏離正常值，空氫側密封油壓差過大或波動不穩(wěn)定，引起發(fā)電機密封瓦碰磨、振動上升，密封油箱油位異常，消泡箱液位上升直至發(fā)電機進油等。 油系統(tǒng)工作失常的原因1. 運行中冷油器發(fā)生泄露使油壓下降，油位下降。2. 油系統(tǒng)上焊口、法蘭發(fā)生泄露甚至噴油現象，特別是EH系統(tǒng)往往發(fā)生管接頭噴油，使油位迅速下降。3. 油系統(tǒng)油質不良