汽輪機(jī)振動(dòng)分析

一,汽輪機(jī)振動(dòng)的概述? ? 汽輪機(jī)是屬于高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備,其在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速高達(dá)3000rpm,有的甚至高達(dá)5000rpm(例如汽動(dòng)給水泵的小汽輪機(jī)),因此在運(yùn)行過程中難免 產(chǎn)生振動(dòng)位移現(xiàn)象? ? 如果振動(dòng)幅度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),那么這種情況在運(yùn)行中是允許的,但是當(dāng)振動(dòng)超過一定的范圍,就會(huì)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心偏移,動(dòng)靜間隙消失,甚至生產(chǎn)動(dòng)靜摩擦,造成軸瓦磨損,設(shè)備損壞,嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行,因此,我們必須將汽輪機(jī)的振動(dòng)控制在合適的范圍內(nèi)? ??大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸振參考標(biāo)準(zhǔn)(雙振幅,um)二,汽輪機(jī)振動(dòng)過大的危害及影響因素??1、汽輪機(jī)振動(dòng)大的危害? ? ??任何一種異常振動(dòng)都潛伏著設(shè)備損壞的危險(xiǎn)比如軸系質(zhì)量失去平衡(掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等)、動(dòng)靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng),以及電磁力不平衡等等都會(huì)表面在振動(dòng)增大,甚至強(qiáng)烈振動(dòng)而強(qiáng)烈振又會(huì)導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動(dòng)甚至損壞,加劇動(dòng)靜部分摩擦,形成惡性循環(huán),加劇設(shè)備損壞程度異常振動(dòng)是汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中缺陷,隱患的綜合反映,是發(fā)生故障的信號(hào)因此,新安裝或檢修后的機(jī)組,必須經(jīng)過試運(yùn)行,測試各軸承振動(dòng)及各軸承處軸振在合格標(biāo)準(zhǔn)以下,方可將機(jī)組投入運(yùn)行。
振動(dòng)超標(biāo)的則必須查找原因,采取措施將振動(dòng)降到合格范圍內(nèi),才能移交生產(chǎn)或投入正常運(yùn)行2、影響汽輪振動(dòng)的因素有哪些?? ? ?判斷異常的振動(dòng)因素是比較復(fù)雜的,但從形成原因方面來看可以分成三大類:(1)結(jié)構(gòu)方面的原因:即與機(jī)器設(shè)計(jì)、構(gòu)造方面的缺點(diǎn)有關(guān),這種原因是由制造廠帶來的,如果不從結(jié)構(gòu)方面采取措施是不易消除2)安裝方面的原因:機(jī)器在組合裝配和現(xiàn)場安裝方面的缺點(diǎn)造成的,這種異常振動(dòng)如果確實(shí)找到原因的話,通過檢修或重裝可以消除3)運(yùn)行方面的原因:由于汽輪機(jī)不正確的運(yùn)行操作造成的,或者由于操作或過度磨損形成的這種原因通過正確操作,檢修是可以克服和避免的??結(jié)構(gòu)方面的原因,屬于設(shè)計(jì),制造方面的問題,主要由制造廠形成的,這里不做討論后兩種原因與使用廠有關(guān),做一簡單介紹1、安裝方面的原因?qū)儆诎惭b方面的原因,會(huì)造成重新裝配后或者檢修后的機(jī)組在投入運(yùn)行時(shí)發(fā)生異常振動(dòng),這種振動(dòng)還會(huì)隨著繼續(xù)運(yùn)行而加劇造成振動(dòng)的原因不僅與工業(yè)汽輪機(jī)方面的安裝質(zhì)量有關(guān),也與發(fā)電機(jī)、聯(lián)軸器、增速器甚至在管道或基礎(chǔ)有關(guān),這種原因從大的方面可以分成以下幾類:(1)轉(zhuǎn)動(dòng)部分平衡的不正確2)工業(yè)汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī),聯(lián)軸器、增速器等對(duì)中的不好。
3)機(jī)組附屬轉(zhuǎn)動(dòng)件如調(diào)速器、主軸帶動(dòng)的油泵,危急保安器等部件平衡的不好,安裝不良4)受熱機(jī)的機(jī)件安裝的不正確,在冷態(tài)安裝時(shí)沒有考慮它們熱態(tài)工作時(shí)的自由熱膨脹,熱變形,使機(jī)件在受熱工作時(shí)不能自由膨脹而變得有些彎曲,破壞平衡;如各種軸在受熱無處膨脹時(shí),將被頂彎,失掉平衡,造成振動(dòng);機(jī)殼受熱時(shí)不能自由膨脹時(shí),也會(huì)形成振動(dòng)5)某些機(jī)件配合尺寸不符合要求,如軸封片與軸頸配合間隙不對(duì),配合過緊,則在受熱時(shí)軸頸與密封片相磨擦,這時(shí)由于軸單側(cè)發(fā)熱,軸有彎曲則破壞平衡,加劇振動(dòng)6)軸承安裝的不符合要求,軸承與軸瓦安裝間隙不合適,就會(huì)造成振動(dòng),如果軸與軸瓦的間隙太小,則轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí),軸就會(huì)周期地破壞油膜而和軸瓦接觸,就會(huì)使振動(dòng)加劇和軸瓦發(fā)熱7)機(jī)組基礎(chǔ)不符合要求或基礎(chǔ)下沉,都會(huì)使機(jī)組發(fā)生振動(dòng)2、運(yùn)行方面原因?qū)儆谶\(yùn)行方面的原因主要的可以分為以下幾大類:1、機(jī)組膨脹? ? ? 機(jī)組的滑銷系統(tǒng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響情況,而機(jī)組的膨脹是受其滑銷系統(tǒng)制約的當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在問題時(shí),如果運(yùn)行人員操作不當(dāng),機(jī)組也會(huì)出現(xiàn)膨脹不暢的問題最明顯的例子是在開機(jī)過程中,當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快,則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣,這樣一方面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,減少機(jī)組的壽命;另一方面就會(huì)引起過大的差別膨脹,從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。
當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí),極易引起機(jī)組的振動(dòng)和動(dòng)靜碰磨2、潤滑油溫? ? 軸頸在軸瓦內(nèi)的穩(wěn)定性如何決定了機(jī)組誘發(fā)振動(dòng)的可能性有多大,當(dāng)穩(wěn)定性太差時(shí),外界因素的變化很容易引起機(jī)組振動(dòng)的產(chǎn)生而潤滑油在軸瓦內(nèi)形成的油膜如何又是影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的一個(gè)重要影響因素,油膜的形成除了與軸承鎢金有關(guān)外,還有一個(gè)重要因素就是潤滑油油溫,潤滑油油溫應(yīng)該在一個(gè)合理的范圍內(nèi),過高過低都對(duì)油膜的形成不利3、軸封溫度? ? ?每一軸封的溫度都不一樣,在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封溫度會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生一定的影響軸封溫度對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響主要表現(xiàn)為溫度對(duì)軸承座標(biāo)高的影響和溫度對(duì)端部汽封處動(dòng)靜間隙的影響,這兩方面對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響機(jī)理在前面已經(jīng)述及,在此不再重復(fù)4、機(jī)組真空和排汽缸溫度? ? ?機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的,其中一個(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變對(duì)于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說,排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對(duì)軸承座標(biāo)高的影響上,所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響5、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流? ? ? 當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,這部分熱量就要會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生膨脹,當(dāng)發(fā)電機(jī)本身存在一定量的質(zhì)量不平衡時(shí),由于膨脹會(huì)使該不平衡量產(chǎn)生的力矩發(fā)生改變,從而引起機(jī)組的振動(dòng)變化;當(dāng)發(fā)電機(jī)自身存在膨脹不均時(shí),即使冷態(tài)情況下質(zhì)量平衡較好,也會(huì)由于膨脹的不均勻性產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不平衡,而這一質(zhì)量不平衡在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子恢復(fù)到冷態(tài)時(shí)也會(huì)隨之消失。
另一方面,如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部本身存在短路情況,當(dāng)電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放熱過大的現(xiàn)象,此處的轉(zhuǎn)子由于受到較多的熱量堆積而使膨脹較大,這就與其他地方的膨脹產(chǎn)生差別,又會(huì)形成一動(dòng)態(tài)的質(zhì)量不平衡6、斷葉片? ? ?當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí),轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變,因此機(jī)組的振動(dòng)會(huì)發(fā)生明顯的變化,這種情況在現(xiàn)場有時(shí)可能不會(huì)被察覺,因?yàn)檎駝?dòng)的變化既包括振動(dòng)大小的變化也包括振動(dòng)相位的變化,而現(xiàn)場大多數(shù)儀表只能監(jiān)視振動(dòng)大小的變化為了盡量避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生,除了在設(shè)計(jì)制造和安裝檢修期間采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀WC外,運(yùn)行中在增減機(jī)組負(fù)荷時(shí)應(yīng)盡量平穩(wěn)?7、大機(jī)組的調(diào)門控制方式? ? ?根據(jù)資料和本人的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW機(jī)組在運(yùn)行過程中已經(jīng)有好幾臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)了1號(hào)和2號(hào)大軸振動(dòng)偏大的現(xiàn)象通過對(duì)振動(dòng)機(jī)組大軸振動(dòng)的頻譜分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)振動(dòng)明顯存在半頻分量根據(jù)分析及最后采用的措施來看,改變機(jī)組調(diào)門的控制方式可以控制的機(jī)組的振動(dòng)具體原因是:由于機(jī)組受熱后1號(hào)和2號(hào)軸承的膨脹不一樣,結(jié)果造成1號(hào)軸承負(fù)荷較輕而2號(hào)軸承負(fù)荷較重的情況,再加上軸承的穩(wěn)定性不是太好,于是在外界因素的影響下機(jī)組很容易發(fā)生振動(dòng)異常,如果將調(diào)門的控制方式由順序閥控制改為單閥控制,則可以避免順序閥控制時(shí)3號(hào)調(diào)門開啟而4號(hào)調(diào)門未開時(shí)給轉(zhuǎn)子施加的向上的作用力,而正是這個(gè)作用力使1號(hào)軸承的比壓減小從而使1號(hào)軸承的負(fù)荷較輕極易使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)造成機(jī)組的振動(dòng)。
三,汽輪機(jī)振動(dòng)大的處理措施? ? 當(dāng)汽輪機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)大的情況,應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)參數(shù)和機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài),對(duì)照上述影響因素的參數(shù)逐一排查分析,進(jìn)行有針對(duì)性的處理? ? 在機(jī)組啟動(dòng)初期經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于蒸汽參數(shù)變化過大造成汽輪機(jī)動(dòng)靜部分膨脹不均而引起的振動(dòng)異常,在此種情況下應(yīng)積極采取措施,通過降速暖機(jī)或者調(diào)整蒸汽參數(shù)、調(diào)整潤滑油溫,軸封供汽溫度,壓力等多種手段緩解? ? 若處理無效,振動(dòng)上升至停機(jī)值,應(yīng)果斷打閘停機(jī),防止造成設(shè)備損壞? ? 正常運(yùn)行中振動(dòng)增大,多為負(fù)荷變化過快,或者運(yùn)行參數(shù)突變,應(yīng)及時(shí)恢復(fù)原來參數(shù),控制振動(dòng)在正常范圍之內(nèi)如無緩解,應(yīng)當(dāng)通過降低機(jī)組負(fù)荷,調(diào)整進(jìn)汽參數(shù)來緩解;處理無效,果斷打閘停機(jī)。