【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大幅波動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生軸承油膜不穩(wěn)定震蕩時(shí)，現(xiàn)象為無(wú)論在空轉(zhuǎn)或帶負(fù)荷下均有振動(dòng)，振幅時(shí)大時(shí)小，但振動(dòng)頻率低，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)振幅特別大，有時(shí)會(huì)自行消失或突然又重新發(fā)生。汽輪機(jī)軸承油膜不穩(wěn)定或油膜破壞是引起汽輪機(jī)軸系嚴(yán)重?fù)p壞的一大原因之一。二、汽輪機(jī)異常振動(dòng)的處理要點(diǎn)當(dāng)汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)、運(yùn)行中發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，振動(dòng)幅值超過(guò)規(guī)定停機(jī)限額時(shí)，如一時(shí)難以判斷發(fā)生振動(dòng)的原因，應(yīng)先進(jìn)行緊急停機(jī)，避免振動(dòng)發(fā)展到嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備的程度。然后再進(jìn)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(dòng)汽輪機(jī)。三、 汽輪機(jī)異常振動(dòng)的可能原因1. 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子塑性變形——大軸彎曲。(1）汽輪機(jī)軸封、隔板汽封塊因安裝問(wèn)題而使間隙太小時(shí)，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)靜磨擦。因局部磨擦過(guò)熱膨脹，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，若強(qiáng)行通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，則很容易產(chǎn)生永久性彎曲。(2）汽缸受熱不均或汽輪機(jī)進(jìn)冷水、冷汽時(shí)，會(huì)造成上下汽缸溫差過(guò)大，使汽缸產(chǎn)生熱變形或拱背彎曲，導(dǎo)致汽輪機(jī)軸端和隔板徑向間隙消失相碰。嚴(yán)重時(shí)汽缸下部積水較多，使高溫狀態(tài)的轉(zhuǎn)子接觸到冷水，轉(zhuǎn)子局部驟冷產(chǎn)生熱變形。(3）汽輪機(jī)停用后消缺或盤車裝置存在問(wèn)題，使盤車不正常，引起轉(zhuǎn)子熱彎曲、晃度值超標(biāo)。2. 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校正精度不高，或轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡塊定位不牢固，造成轉(zhuǎn)子在升速時(shí)產(chǎn)生不平衡振動(dòng)。3. 汽輪機(jī)運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子上葉片斷落，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生新的不平衡，且由于葉片斷落使轉(zhuǎn)子受到的蒸汽力不平衡而產(chǎn)生較大彎矩，這些原因都將引起汽輪機(jī)異常振動(dòng)。4. 滑銷系統(tǒng)存在問(wèn)題，使汽缸膨脹受阻，軸承座標(biāo)高發(fā)生變化，引起軸系中心破壞。5. 汽輪機(jī)軸承基礎(chǔ)不牢固、臺(tái)板松動(dòng)，軸承座堅(jiān)固螺栓松動(dòng)。6. 振動(dòng)發(fā)生在發(fā)電機(jī)部位，振動(dòng)值隨勵(lì)磁電流的增加而增大，可能因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有熱彎曲。其原因一般有：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱處理不良，在通勵(lì)磁電流后發(fā)熱膨脹不均勻；發(fā)電機(jī)某一側(cè)通風(fēng)口堵塞；水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部分水路阻塞使冷卻不均勻。7. 引進(jìn)型300MW機(jī)組發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)采用三支承結(jié)構(gòu)，抗振動(dòng)穩(wěn)定性較差，由于氫冷發(fā)電機(jī)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(cè)油壓差過(guò)大，即會(huì)引起密封瓦碰擦發(fā)電機(jī)，使勵(lì)磁機(jī)振動(dòng)加大。同時(shí)，由于勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度不高，在密封瓦碰擦的擾動(dòng)下，勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生共振反過(guò)來(lái)又加劇了密封瓦碰擦，造成惡性循環(huán)、振動(dòng)劇烈，這種情況在啟動(dòng)升速通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)尤為突出。8. 汽輪機(jī)軸承油膜不穩(wěn)定或震蕩的原因一般有：軸瓦間隙過(guò)大，使運(yùn)行中下瓦油膜不穩(wěn)定；進(jìn)入軸瓦的油量不足或瞬時(shí)中斷，造成油膜破壞；汽輪機(jī)潤(rùn)滑油品質(zhì)不良或用錯(cuò)潤(rùn)滑油牌號(hào)；潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，油質(zhì)變稀，粘度過(guò)大[8]。 300MW汽輪機(jī)組幾種異常振動(dòng)現(xiàn)象及其原因分析根據(jù)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),；軸承動(dòng)態(tài)標(biāo)高變化引起的1號(hào)軸承低頻振動(dòng)；高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)爬升；汽缸中心位置動(dòng)態(tài)偏移引起的摩擦振動(dòng)；某一特定流量指令下的高壓轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定振動(dòng)。N300MW汽輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)是我國(guó)電網(wǎng)中的主力機(jī)組。當(dāng)前,國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組多數(shù)采用雙缸(高中壓合缸)雙排汽、軸系四支承結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖31),低壓轉(zhuǎn)子兩端軸承坐落在排汽缸上。經(jīng)過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和理論分析,這種300MW汽輪機(jī)組除了具有旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般振動(dòng)特性外,由于其自身結(jié)構(gòu)的特性,還有其獨(dú)特的振動(dòng)現(xiàn)象,應(yīng)引起制造廠家、用戶和有關(guān)技術(shù)人員的注意,以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。圖31 國(guó)產(chǎn)N300MW汽輪機(jī)組軸系示意圖 低壓轉(zhuǎn)子支承剛度低引起的不穩(wěn)定異常振動(dòng)國(guó)產(chǎn)N300MW汽輪機(jī)組的低壓轉(zhuǎn)子軸承(3號(hào)和4號(hào)軸承)坐落在低壓缸的下半兩端,軸承的下瓦呈懸臂梁結(jié)構(gòu)。同時(shí),低壓缸的結(jié)構(gòu)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(lái)。因此,低壓缸本身的剛度小,在運(yùn)行時(shí),由于大氣壓力和溫度應(yīng)力的作用,極易產(chǎn)生變形,導(dǎo)致機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不穩(wěn)定振動(dòng)。這種不穩(wěn)定振動(dòng)在國(guó)內(nèi)數(shù)臺(tái)300MW機(jī)組上發(fā)生過(guò)。例如,某國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組自安裝投運(yùn)以來(lái),就存在低壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。在2001年下半年連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)在200MW左右負(fù)荷運(yùn)行時(shí),低壓轉(zhuǎn)子兩端軸振和瓦振較大,4號(hào)軸承處轉(zhuǎn)軸水平振動(dòng)(4X軸振)有時(shí)超過(guò)100μm,4號(hào)軸承垂直振動(dòng)可達(dá)50μm,且對(duì)運(yùn)行參數(shù)變化反應(yīng)十分靈敏。低壓轉(zhuǎn)子的振動(dòng)穩(wěn)定性較差,只要外界的影響因素有所改變,振動(dòng)就會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)振動(dòng)規(guī)律,該機(jī)組的這種不穩(wěn)定振動(dòng),明顯是由低壓轉(zhuǎn)子支承剛度太低、且在工作轉(zhuǎn)速附近落入共振區(qū)引起的?！≥S承動(dòng)態(tài)標(biāo)高變化引起的1號(hào)軸承低頻振動(dòng)國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組高中壓缸采用中分面貓爪支承,中壓排汽缸外缸兩側(cè)伸出的貓爪支承在2號(hào)軸承座上,貓爪沒(méi)有設(shè)置冷卻裝置。這種結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程將導(dǎo)致2號(hào)軸承座溫度上升較大,2號(hào)軸承上抬,從而使2號(hào)軸承的載荷增加,1號(hào)軸承的載荷降低。從而使1號(hào)軸承低頻振動(dòng)?！「咧袎恨D(zhuǎn)子振動(dòng)爬升及其原因所謂振動(dòng)爬升,是指機(jī)組從冷態(tài)開機(jī)開始,隨著機(jī)組經(jīng)歷從抽真空、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、帶負(fù)荷至滿負(fù)荷這樣一個(gè)過(guò)程時(shí),機(jī)組的振動(dòng)幅值逐漸增加,使得振幅達(dá)到或接近報(bào)警值,甚至超過(guò)報(bào)警或停機(jī)閾值。如,某國(guó)產(chǎn)300MW汽輪機(jī)組于1998年2月投運(yùn)以后,在多次開機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)爬升現(xiàn)象,振幅最大可爬升到130μm～140μm。為此,對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,獲取振動(dòng)爬升的規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:1. 冷態(tài)開機(jī)時(shí),在2000r/min轉(zhuǎn)速下暖機(jī)過(guò)程中,2號(hào)軸振的振幅可增大30μm～40μm,相位變化50176?！?0176。2. 冷態(tài)開機(jī)升速到工作轉(zhuǎn)速時(shí),1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)軸振并不大,均在允許范圍內(nèi)。3. 并網(wǎng)帶負(fù)荷后,振動(dòng)繼續(xù)增加,一般振幅可增大60μm～70μm。4. 帶負(fù)荷后,振幅爬升主要是在低負(fù)荷階段,當(dāng)負(fù)荷超過(guò)200MW時(shí),變化很小,在高負(fù)荷下運(yùn)行一段時(shí)間后,振幅略有減小。5. 振動(dòng)的爬升規(guī)律與高中壓缸的缸溫有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。特別是2X振動(dòng)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(duì)應(yīng)關(guān)系。6. 機(jī)組負(fù)荷突然變化后,機(jī)組的振動(dòng)并不發(fā)生突然變化。這說(shuō)明轉(zhuǎn)子上的力矩大小與振動(dòng)之間并沒(méi)有明顯的關(guān)系。7. 機(jī)組在經(jīng)歷抽真空沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)帶負(fù)荷滿負(fù)荷過(guò)程時(shí),高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡分布發(fā)生了較大的變化。根據(jù)機(jī)組振動(dòng)的特征,可以發(fā)現(xiàn),振動(dòng)爬升純粹與機(jī)組的熱狀態(tài)有關(guān),即與轉(zhuǎn)子的溫度有關(guān)。產(chǎn)生上述規(guī)律的振動(dòng)爬升,主要原因可能有:1. 冷態(tài)時(shí),轉(zhuǎn)子上有過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)組在經(jīng)歷抽真空沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)帶負(fù)荷滿負(fù)荷過(guò)程時(shí),轉(zhuǎn)子的溫度逐漸升高,轉(zhuǎn)子內(nèi)部的應(yīng)力分布也逐步發(fā)生變化,從而改變了轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量的分布,使得振動(dòng)爬升。如某廠國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)[9]在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)5號(hào)軸承振動(dòng)逐漸增大，經(jīng)分析可知是由轉(zhuǎn)子平衡不良引起的。2. 轉(zhuǎn)軸材質(zhì)不均勻。轉(zhuǎn)軸在澆鑄、鍛造和熱處理過(guò)程中形成的直徑方向纖維組織不均,造成線膨脹系數(shù)存在差別。當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度升高后,線脹系數(shù)大的一側(cè)膨脹量大于線脹系數(shù)小的一側(cè),使轉(zhuǎn)子形成彎曲。當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻后,彎曲又消失。由于這種彎曲值正比于轉(zhuǎn)子溫升,因此,在經(jīng)歷抽真空沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)帶負(fù)荷滿負(fù)荷過(guò)程時(shí),轉(zhuǎn)子的溫度逐漸升高(特別是在低負(fù)荷階段,轉(zhuǎn)子的溫度升高較快),轉(zhuǎn)子的彎曲值逐漸增大,振動(dòng)爬升[10]。 轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油引起的振動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油[11]在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生。造成進(jìn)油的原因通常有兩種可能，一是中心孔探傷后油沒(méi)有及時(shí)清理干凈，殘存在孔內(nèi)；二是大軸端部堵頭不嚴(yán)，運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)后由于孔內(nèi)外壓差使得潤(rùn)滑油被逐漸吸入孔內(nèi)。中心孔有油后會(huì)使轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題，它造成的振動(dòng)在機(jī)理上有數(shù)種不同的說(shuō)法。一種說(shuō)法認(rèn)為，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)孔內(nèi)液體轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)軸低，這樣液體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比轉(zhuǎn)動(dòng)頻率低，但是頻率接近轉(zhuǎn)速的次同步激振力，這個(gè)激振力和工作轉(zhuǎn)速合成后可以產(chǎn)生拍振或和差振動(dòng)。另有說(shuō)法認(rèn)為，孔內(nèi)液體的黏性剪切力使得液體的離心力相對(duì)于高點(diǎn)有一個(gè)超前角，這樣，離心力可以分解出一個(gè)與渦動(dòng)方向一致的切向力。因?yàn)闇u動(dòng)一般是次同步的，轉(zhuǎn)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(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于其臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由液體離心力分解出來(lái)的渦動(dòng)力造成次同步失穩(wěn)。還有說(shuō)法認(rèn)為，在轉(zhuǎn)子加熱到一定溫度時(shí)，黏附在中心孔壁上的潤(rùn)滑油發(fā)生熱交換，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不對(duì)稱溫差，轉(zhuǎn)子內(nèi)壁局部被加熱或冷卻，進(jìn)而發(fā)生熱彎曲，所產(chǎn)生的不平衡質(zhì)量引起振動(dòng)增大。上述各種說(shuō)法對(duì)轉(zhuǎn)軸中心孔液體造成振動(dòng)的機(jī)理與特征的說(shuō)明是不一致的。但從現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組發(fā)生中心孔進(jìn)油的實(shí)例看，在振動(dòng)特征上有一點(diǎn)是共同的，即都出現(xiàn)工頻振動(dòng)增大的現(xiàn)象，具體有如下一些特征：1. 工頻振幅隨時(shí)間緩慢增大，時(shí)間度量大約是數(shù)十分鐘或1～2小時(shí)。出現(xiàn)的工況一般在定速后空負(fù)荷或帶負(fù)荷過(guò)程。2. 這種故障的發(fā)現(xiàn)通常在新機(jī)調(diào)試階段或機(jī)組大修后。往往初始的一、二次啟動(dòng)沒(méi)有這種現(xiàn)象，后幾次越來(lái)越明顯。因此，判斷的一個(gè)很重要的依據(jù)是將幾次開機(jī)的振動(dòng)值進(jìn)行比較。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)處理實(shí)例，50MW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心孔進(jìn)油約200～300ɡ即可引起較明顯的振動(dòng)，孔內(nèi)油量越多，振動(dòng)越顯著。一旦確定振動(dòng)是由中心孔進(jìn)油所造成的，只有取下軸端堵頭，清理中心孔。 聯(lián)軸器不對(duì)中造成的振動(dòng)聯(lián)軸器不對(duì)中是汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)常見(jiàn)故障。我們知道關(guān)于機(jī)組軸線的幾何形狀有兩個(gè)定義，一是軸承的對(duì)中，它是指軸承內(nèi)孔幾何中心在橫截面的垂直和水平方向上與轉(zhuǎn)子軸頸中心預(yù)定位置的重合程度。另一個(gè)是聯(lián)軸器的對(duì)中，也就是軸系轉(zhuǎn)子各軸線的對(duì)中。聯(lián)軸器不對(duì)中是指相鄰兩根轉(zhuǎn)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(diǎn)或階躍點(diǎn)。設(shè)計(jì)階段，根據(jù)選用的軸承、轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、軸承標(biāo)高的熱變化量等確定各軸承的負(fù)荷分配，再計(jì)算確定各個(gè)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(jù)轉(zhuǎn)子的重力撓曲線確定各軸承的揚(yáng)度，供安裝時(shí)使用。同時(shí)各軸承的靜態(tài)負(fù)荷也隨之確定。機(jī)組安裝時(shí)依照這些值對(duì)各軸承座和缸體進(jìn)行找正找平，使各個(gè)軸承的靜態(tài)負(fù)荷達(dá)到預(yù)定值，同時(shí)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(biāo)高高于規(guī)定值，這個(gè)軸承的負(fù)荷要比原定值高，如果軸承的標(biāo)高低于規(guī)定值，負(fù)荷則要比預(yù)定值低，這兩種不對(duì)中都是不希望出現(xiàn)的。 防止振動(dòng)損壞 汽輪機(jī)運(yùn)行的可靠性在很大程度上可以認(rèn)為是由機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)決定的，過(guò)分強(qiáng)烈的振動(dòng)，意味著機(jī)組存在嚴(yán)重缺陷，在振動(dòng)的作用下，機(jī)組各部件間的連接會(huì)松動(dòng)，這就消弱了汽缸軸承座基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)間連接的剛性，這種情況的產(chǎn)生又反過(guò)來(lái)加劇了機(jī)組的振動(dòng)，甚至使動(dòng)靜磨擦咬合，導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重破壞而被迫停機(jī)[12]。振動(dòng)是汽輪機(jī)組狀態(tài)最常見(jiàn)的外部表現(xiàn)形式。振動(dòng)信號(hào)中包含了豐富的機(jī)組狀態(tài)信息。當(dāng)機(jī)組的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其振動(dòng)形態(tài)也將隨之發(fā)生改變。利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，可以提取反映機(jī)組狀態(tài)的信息。 防止振動(dòng)損壞的措施： ，其原因是有一只或數(shù)只葉片或拉金斷折。，以避免轉(zhuǎn)子彎曲。3．保證軸承座的穩(wěn)定性，避免機(jī)座和汽缸因運(yùn)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(dòng)。4．正確地安置承力軸承的軸瓦，避免因發(fā)熱而產(chǎn)生振動(dòng)。第四章 汽輪機(jī)油系統(tǒng)故障與著火預(yù)防措施 油系統(tǒng)故障汽輪機(jī)軸承損壞燒軸瓦除水沖擊引起外，大部分情況是潤(rùn)滑油失常造成。汽輪機(jī)調(diào)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(jī)密封瓦發(fā)生磨損燒壞也與密封油系統(tǒng)失常緊密相關(guān)。所以，運(yùn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理油系統(tǒng)故障對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行相當(dāng)重要。 油系統(tǒng)工作失常的表現(xiàn)形式1. 潤(rùn)滑油系統(tǒng)工作失常，一般表現(xiàn)為油壓、油溫、油位偏離正常工作范圍，油質(zhì)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(dòng)異常增大。油位低至一定值時(shí)可能使油泵斷油。2. EH油系統(tǒng)工作失常，主要表現(xiàn)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(jī)密封油系統(tǒng)失常，主要表現(xiàn)有空側(cè)或氫側(cè)密封油溫度偏離正常值，空氫側(cè)密封油壓差過(guò)大或波動(dòng)不穩(wěn)定，引起發(fā)電機(jī)密封瓦碰磨、振動(dòng)上升，密封油箱油位異常，消泡箱液位上升直至發(fā)電機(jī)進(jìn)油等。 油系統(tǒng)工作失常的原因1. 運(yùn)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(xiàn)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(zhì)不良