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发布时间:2024-08-14 点此:896次
前言
汽轮机的振动是评价汽轮机组可靠性的重要指标,对于高速旋转的汽轮机来说,微小的振动在所难免,振动幅度不超过规定标准,属于正常振动,对汽轮机的运行没有影响,但当振动超过规定限度时,对整个汽轮机组的运行就有危害了,说明机组内部存在缺陷。本文就这种异常振动产生的原因及减小振动的方法进行分析。
1、汽轮机振动过大的危害
汽轮机组振动过大,会使机组内部各部件连接松动,削弱机座板与基础的刚性连接,或使机组动、静部件间产生摩擦,使转子产生变形、弯曲、断裂,甚至叶片损坏。汽轮机头振动时,可能直接引起紧急安全装置动作,造成停机事故。当汽轮机动、静叶片因振动过大而产生相对偏移时,会引起高、低压端密封的异常磨损。低压缸端密封的磨损,破坏了密封的密封作用,使空气在负压状态下被吸入低压缸,破坏凝汽器的真空,直接影响汽轮机组的经济运行。高压缸端密封的损坏,会使高压缸内大量蒸汽外泄,降低高压缸的工作能力,甚至引起转子局部热弯曲。如果泄漏的高压蒸汽进入轴封系统的油齿轮,水分就会混入润滑油中,造成油膜不稳定,还可能引起油膜振荡,使轴承熔化。当振动过大造成轴弯曲时,可能造成发电机滑环、电刷磨损更加严重,定子槽楔松动,绝缘损坏,使发电机或励磁机发生故障。当振动过大造成某些紧固螺钉松动或断裂时,甚至可能造成整个汽轮机组报废。因此,消除异常振动是保证安全生产的重要环节。
2、汽轮机异常振动的原因分析及处理
汽轮机组担负着将热能转换成电能的重任,由于其长期运行,关键零部件长期磨损,经常会出现各种故障。其中异常振动是汽轮机组最常见的常见故障,严重影响发电厂的正常发电。由于振动的原因非常复杂,汽轮机组任何一个设备或介质出现异常,都有可能引起机组振动,如进汽参数、疏水、油温、油质等。因此,要解决汽轮机异常振动,分析异常振动的原因就显得尤为重要,只有找出原因,对症下药进行修复,才能最根本地解决问题。
汽轮机组产生异常振动的原因主要有:转子质量不平衡、转子弯曲、中心未对准、油膜自振、蒸汽流激振等。
2.1 转子质量不平衡引起的振动
转子上装配零件在机械加工时,内孔与转子中心不同心,或零件质量相对于回转中心不对称;转子上的叶片及金属不对称折断或磨损;转子锻件在机械加工过程中残余变形过大,造成转子永久性挠曲;在维修时拆装叶轮、叶片,更换联轴器零件,更换发电机线圈,车削转子轴颈或直轴等,都可能造成转子质量不平衡。
转子质量不平衡是汽轮机异常振动的主要原因,70%以上的异常振动都是由转子质量不平衡引起的,其特点是幅值与不平衡质量成正比,振动频率等于转子振动频率,波形为正弦波,且幅值和相位始终保持恒定,与载荷无关。
此类振动只要找到良好的平衡点即可解决,发生概率大,解决起来也容易,因此应作为汽轮机组发生振动时首先分析的对象。
2.2 转子弯曲
转子弯曲引起的振动,因弯曲原因不同,其表现特征也不同。当转子产生永久弯曲而引起振动时,其特征与质量不平衡时的振动相同,超过临界转速时振动幅值明显增大。汽轮机启停过程中,加热或冷却不均匀引起的弹性热弯曲也会引起振动。可通过停机再启动或降低转速、延长暖机时间等方法消除振动,待转子温度均匀后,热弯曲即可消除。但当弯曲引起汽轮机动、静件间产生摩擦时,如果摩擦力较大,会进一步破坏转子的平衡,使摩擦增大,形成恶性循环,振动波形紊乱。应迅速停机,否则转子可能因局部过热而产生永久弯曲;转子采用有缺陷的材料锻造,具有热不稳定性,这种转子在受热时,会发生弹性热弯曲变形。热失稳引起的汽轮机振动与负荷成正比,其幅值变化在时间上滞后负荷变化1~3小时。滞后时间取决于转子结构、质量及蒸汽参数;转子装配时,由于叶轮与轴配合不良、键在键槽内歪斜等原因,转子可能产生弹性变形,引起汽轮机振动。这种振动往往因多次启停而减弱,导致幅值和相位发生变化。
如果转子因温度不均匀或装配问题而弯曲,可通过停机再启动、降低转速、延长预热时间、重新装配等方法恢复,转子可继续使用。如果转子已因各种原因永久弯曲,只有更换转子才能消除振动。因此,应特别注意转子制造时的材料监督、装配时的安装精度以及开停机时的转速控制,避免转子永久弯曲,影响正常生产。
2.3 错位
一种是转子轴线中心不在一条直线上。造成这种问题的原因除了对中质量差外,还可能是汽缸热膨胀的阻碍和蒸汽管道热膨胀补偿不足。对于核电站汽轮机的柔性轴,两轴线不同心会加速联轴器的磨损,增大表面摩擦系数,导致柔性联轴器不能起到补偿调节作用。另一种是汽轮机、发电机两转子之间的联轴器中心偏差过大或联轴器有缺陷。对于用柔性联轴器连接的转子,当联轴器有缺陷,不能自动调心时,就可能产生振动。当联轴器部件之间的正常啮合被破坏,导致传递的扭矩在联轴器周围分布不均匀时,也会产生振动。中心不对中的振动特点是波形为正弦波,振动的频率等于转子转速,与机组的运行工况无关。由于转子挠度和轴承油膜弹性的影响,只有靠近故障联轴器的轴承才会产生明显的振动,相邻两轴的振动相位相反。
解决因中心不对中引起振动的问题,主要靠维护、安装、调试过程中的细致工作kaiyun全站app登录入口,保证汽轮机组的正常运行。
2.4 油膜自激振荡
油膜自激振动是汽轮发电机转子在轴承油膜上高速旋转时,失去动态稳定性的结果,其特点是振动主频率约等于发电机一阶临界转速,且不随转速而变化。
当汽轮机组出现油膜振荡时,应通过缩短轴承长度,即减小长径比,或调整联轴器中心等措施提高轴承压比,保证热状态下各轴承载荷分布均匀。
2.5 蒸汽流激励
蒸汽流振动主要有两个特点:一是出现数值较大的低频成分;二是振动受运行参数影响较大,且增大具有突发性。其主要原因是叶片受到不平衡蒸汽流的冲击。对于大型机组,由于末级较长,蒸汽在叶片末端膨胀引起的湍流也可能引起蒸汽流振动。同时,轴封也可能发生气流振动。
针对汽轮机组气流激励的特点,其故障分析应长期记录机组的振动数据,做成一组曲线,观察曲线的变化趋势和范围。通过改变负荷升降率,观察曲线的变化,有目的地改变汽轮机不同负荷时高压调速阀的重叠特性,以消除汽流激励。也就是说,确定产生汽流激励的机组的工作状态,通过降低负荷变化率,避开气流激励的负荷范围,避免汽流激励的发生。
2.6 轴承轴向振动
在汽轮机组振动测量过程中,还发现轴承轴向振动过大的现象。其振动特点是频率与转速相同,轴向振动的幅值与转子偏转程度成正比,各轴承振动相位取决于转子偏转弹性线的形状:在一阶临界转速附近,两轴承轴向振动相位相反;在二阶临界转速附近,两轴承轴向振动相位相同。由于情况特殊kaiyun登录入口(中国)官方网站,将轴向振动归为振动现象。主要有三方面的原因:一是曲线转子旋转时,轴颈发生偏转,轴颈在轴瓦内的油膜承载中心随转速沿轴向发生周期性变化,从而引起轴承座轴向振动;二是轴瓦力中心与轴承座几何中心不重合;三是轴承座不稳定。柔性转子旋转时,轴瓦、轴承座将发生相应的偏转Kaiyu体育下载,但轴承不能跟随轴颈的偏转而移动,只能形成轴向振动。
前两种振动原因的解决方法在前面的文章中已经提到,这里不再赘述。对于轴承座不稳定引起的振动,及时发现、及时加固,就能解决问题。
3.振动在线监测
目前,大型机组都装有轴系监测装置,对振动进行在线监测,为振动监测分析创造了良好的条件。对振动的在线监测,应做好记录,以便在发生异常振动时进行比较分析,找出振动的原因。运行中如发现机组振动异常,应立即派员到现场检测,如振动确实超过规定限值,应及时停机,防止机组损坏。对未超过限值的振动异常增大,应及时查找原因,采取措施,防止振动继续增大。如果在线监测仪器未见异常变化,但现场人员听到汽轮机组发出异常声音,也应停机检查,防止叶片脱落或异物进入汽轮机,造成汽轮机组损坏。
四、结论
振动的原因很复杂,每台汽轮机组的情况都不一样,所以需要对每台机组进行一系列的试验,找出振动的规律,做好记录,在运行、维护时根据数据进行综合分析,找到振动的原因,消除振动。在生产运行过程中,也必须做好振动监测,避免出现异常振动,保证整个电厂的正常运行。