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汽輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的分析

2013-02-05

孫運(yùn)堂
（鋁電公司熱電廠）
　　汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是其運(yùn)行過程中常見的故障之一，通過查找資料、分析我廠機(jī)組的現(xiàn)狀，總結(jié)出一下內(nèi)容，供大家參考。
　　振動(dòng)是指一種周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，處在高速旋轉(zhuǎn)下的汽輪發(fā)電機(jī)組，在正常運(yùn)行中總是存在著不同程度和方向的振動(dòng)。對(duì)于振動(dòng)，我們希望它愈小愈好。對(duì)設(shè)備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動(dòng)，都是指對(duì)設(shè)備有危害，超出了允許范圍的振動(dòng)。
　　汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過大時(shí)可能引起的危害和嚴(yán)重后果如下：　
　　1）機(jī)組部件連接處松動(dòng)，地腳螺絲松動(dòng)、斷裂；
　　2）機(jī)座（臺(tái)板）二次澆灌體松動(dòng)，基礎(chǔ)產(chǎn)生裂縫；
　　3）汽輪機(jī)葉片應(yīng)力過高而疲勞折斷；
　　4）危機(jī)保安器發(fā)生誤動(dòng)作；
　　5）通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴(yán)重時(shí)可能因此一起主軸的彎曲；
　　6）滑銷磨損，滑銷嚴(yán)重磨損時(shí)，還會(huì)影響機(jī)組的正常熱膨脹，從而進(jìn)一步引起更嚴(yán)重的事故；
　　7）軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；
　　8）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；
　　9）勵(lì)磁機(jī)整流子及其碳刷磨損加劇等；
　　從以上幾點(diǎn)可以看出，振動(dòng)直接威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，在機(jī)組一旦出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，就應(yīng)及時(shí)找出引起振動(dòng)的原因，并予以消除，決不允許在強(qiáng)烈振動(dòng)的情況下讓機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。
　　汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。造成振動(dòng)的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來的不同特點(diǎn)，加以分析判斷，就有可能找出振動(dòng)的內(nèi)在原因并予以解決。
　　1、勵(lì)磁電流試驗(yàn)
　　試驗(yàn)?zāi)康脑谟谂袛嗾駝?dòng)是否由電氣方面的原因引起的，以及是由電氣方面的哪些原因引起的。
　　如加上勵(lì)磁電流后機(jī)組發(fā)生振動(dòng)，斷開勵(lì)磁電流振動(dòng)消失。則可肯定振動(dòng)是有電氣方面的原因造成的，此時(shí)可繼續(xù)進(jìn)行勵(lì)磁電流試驗(yàn)。通過勵(lì)磁電流試驗(yàn)得出如下兩種結(jié)果：
　　1）隨著勵(lì)磁電流的增加，振動(dòng)數(shù)值跟著加大，此種情況表明，振動(dòng)是由于磁場不平衡引起的。造成磁場不平衡的原因有：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈短路；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子間空氣間隙不均勻等；
　　2）磁場電流增加時(shí)振動(dòng)不立即增大，而是隨著磁場電流增加在一定的時(shí)間內(nèi)成階梯狀的增大，在勵(lì)磁電流增大時(shí)尤為顯著。這表明振動(dòng)和轉(zhuǎn)子在熱狀態(tài)下的質(zhì)量不均衡有關(guān)。
　　2、轉(zhuǎn)速試驗(yàn)
　　試驗(yàn)?zāi)康脑谟谂袛嗾駝?dòng)和轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，同時(shí)可找出轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速接近的程度。
　　試驗(yàn)一般在啟動(dòng)（或停機(jī)）過程中進(jìn)行。轉(zhuǎn)速每升高100-200r/min記錄振動(dòng)值一次，試驗(yàn)的Z高轉(zhuǎn)速Z好取為105%工作轉(zhuǎn)速，以便觀察振動(dòng)變化的趨向。本試驗(yàn)可在汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)斷開情況下進(jìn)行，也可在連接情況下進(jìn)行。
　　通過本試驗(yàn)還應(yīng)檢查臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速是否過分接近。一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使二者相差30%左右，但由于運(yùn)行期間拆去了一些零件或在轉(zhuǎn)子上加工等，就有可能十分精確而達(dá)到完全平衡，這樣工作轉(zhuǎn)速離臨界轉(zhuǎn)速過近，機(jī)組運(yùn)行中必然要發(fā)生較大振動(dòng)。
　　3、負(fù)荷試驗(yàn)
　　試驗(yàn)的目的在于判斷振動(dòng)與機(jī)組中心、熱膨脹、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，判斷傳遞力矩的部件（靠背輪、減速齒輪）是否有缺陷。
　　試驗(yàn)可以升負(fù)荷方式進(jìn)行，也可以降負(fù)荷方式進(jìn)行，一般可分為零負(fù)荷、1/4負(fù)荷、1/2負(fù)荷、3/4負(fù)荷和滿載負(fù)荷五個(gè)等級(jí)。每一級(jí)附和測量振動(dòng)兩次，即負(fù)荷剛改變后立即測量一次。負(fù)荷穩(wěn)定30min后再測量一次。做負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，　在測量振動(dòng)的同時(shí)必須測量機(jī)組的熱膨脹情況。一般通過負(fù)荷試驗(yàn)可得出如下三種結(jié)果：
　　1）振動(dòng)隨負(fù)荷增加而見效（數(shù)值不大）。這表明振動(dòng)的原因在于轉(zhuǎn)體質(zhì)量的不平衡，此時(shí)可參照“轉(zhuǎn)速試驗(yàn)”進(jìn)行分析。
　　2）振動(dòng)隨負(fù)荷增加而加大，且于熱膨脹無關(guān)（即每一級(jí)負(fù)荷的兩次所測振動(dòng)值變化不大）。
　　這表明振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)力矩有關(guān)。其可能原因有：機(jī)組按靠背輪找中心時(shí)沒有找準(zhǔn)；活動(dòng)或半活動(dòng)式靠背輪本身有缺陷，如牙齒嚙合不好或不均勻磨損等；
　　此種振動(dòng)情況，一般在機(jī)組并列或接解列時(shí)振動(dòng)值會(huì)有突變現(xiàn)象。
　　3）在負(fù)荷改變后的一段時(shí)間，振動(dòng)隨時(shí)間的加長而加大（即在每一負(fù)荷下穩(wěn)定一定時(shí)間后所測得的振動(dòng)值與次所測得的振動(dòng)值有較明顯的變化）。這表明振動(dòng)與汽輪機(jī)的熱狀態(tài)有關(guān)，其可能原因有：滑銷系統(tǒng)不良、基礎(chǔ)不均勻的下沉；主蒸汽管道布置不當(dāng)，在熱膨脹時(shí)給汽缸施加了作用力；其它不正常的熱變形引起機(jī)組中心線發(fā)生變化等。
　　4、軸承潤滑油膜試驗(yàn)
　　試驗(yàn)?zāi)康脑谟谂袛嗾駝?dòng)是否是因?yàn)橛湍げ环€(wěn)，油膜被破壞或軸瓦緊力不當(dāng)所引起的。
　　試驗(yàn)是在保證軸承潤滑油壓和油量的條件下通過改變油溫來進(jìn)行的，油溫變動(dòng)范圍一般是正常油溫的正負(fù)5℃，油溫每變化1℃測量振動(dòng)一次，并在上、下限油溫時(shí)穩(wěn)定30min后各多測振動(dòng)一次。
　　油溫試驗(yàn)的結(jié)果，有兩種可能情況：
　　1）振動(dòng)隨油溫升高而加大。這表明振動(dòng)大多是由于軸瓦間隙太大所引起的。這種情況比較多見，因?yàn)檫\(yùn)行中往往會(huì)由于烏金磨損，多次修刮而使軸瓦內(nèi)徑加大，致使油膜不穩(wěn)；
　　2）振動(dòng)隨油溫升高而減少。此時(shí)，振動(dòng)大多是由于軸瓦間隙太小所引起的。
　　此外應(yīng)注意，由于潤滑油溫只是通過改變油的粘度間接影響油膜建立的，所以振動(dòng)是否是由于油膜不穩(wěn)或被破壞所造成，還應(yīng)通過振動(dòng)現(xiàn)象加以判斷。油膜不穩(wěn)或被破壞而引起振動(dòng)的特點(diǎn)主要是：振動(dòng)發(fā)生得比較突然和強(qiáng)烈，一般難于掌握其發(fā)生和消失的規(guī)律。振動(dòng)波形紊亂，振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)速不相適應(yīng)；振動(dòng)時(shí)機(jī)組聲音異常，好像在抖動(dòng)一樣。
　　軸承緊力不夠也會(huì)引起振動(dòng)，此時(shí)振動(dòng)值也很不穩(wěn)定，且在振動(dòng)部位可聽見測到“咚東”的響聲。
　　除通過上述幾種試驗(yàn)來尋找振動(dòng)的原因外，尚可通過真空試驗(yàn)或機(jī)組外部特性試驗(yàn)來分析振動(dòng)原因。真空試驗(yàn)的目的，是判斷振動(dòng)是否是由于真空變化后機(jī)組中心在垂直方向發(fā)生變化引起的。真空試驗(yàn)依據(jù)的原理是：真空變化時(shí)大氣壓力對(duì)排汽缸的作用力就要變化，使與排汽缸連成一體的后軸承座發(fā)生上下位移；真空變化時(shí)，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會(huì)引起后軸承座上下位移，這些都能影響機(jī)組中心在垂直方向的變化，若處理不當(dāng)時(shí)就可能引起振動(dòng)。機(jī)組外部特性試驗(yàn)，實(shí)際上就是在振動(dòng)值比較大的情況下測量機(jī)組振動(dòng)的分布情況，根據(jù)振動(dòng)分布情況分析判斷不正常的部位。例如：緊固螺釘松動(dòng)、軸承座和基座臺(tái)板接觸不良，機(jī)座和軸承座框架在基礎(chǔ)上松動(dòng)，機(jī)組基礎(chǔ)局部松動(dòng)，以及某些管道共振等缺陷，就可通過外特性試驗(yàn)查找出來。
　　汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常是運(yùn)行中Z常見的故障之一，其產(chǎn)生的原因是多方面的，也是十分、復(fù)雜的，它與制造、安裝、檢修和運(yùn)行水平有直接關(guān)系。超過允許范圍的振動(dòng)往往是設(shè)備損壞的信號(hào)。振動(dòng)過大將使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件如葉片、葉輪等的應(yīng)力超過允許值而損壞；振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致危急保安器誤動(dòng)作而發(fā)生停機(jī)事故以及導(dǎo)致軸承座松動(dòng)、基礎(chǔ)甚至廠房建筑物的共振損壞等。因此，必須使機(jī)組的振動(dòng)水平保持在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。
　　值得注意的是，隨著汽輪機(jī)功率的增大，在軸承座剛度相當(dāng)大的情況下，轉(zhuǎn)子的較大振動(dòng)并不能在軸承座上反映出來。應(yīng)該直接測量轉(zhuǎn)子的振動(dòng)數(shù)值作為振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)才是合理的，在運(yùn)行中，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常，除應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有關(guān)參數(shù)的監(jiān)視、仔細(xì)傾聽汽輪機(jī)內(nèi)部聲音外，還應(yīng)視具體情況立即減負(fù)荷乃至停機(jī)檢查。必要時(shí)通過各種試驗(yàn)來分析機(jī)組振動(dòng)異常的原因，采取相應(yīng)的處理方法及消除措施。