汽輪發電機組軸承振動的分析

2013-02-05

孫運堂
（鋁電公司熱電廠）
　　汽輪發電機組（zǔ）的（de）振動（dòng）是其運行過程中常見的故障之一，通過查找資料、分析我廠機（jī）組的現狀，總結出一（yī）下內容，供大家參考。
　　振動是指一種周期性的往複運動（dòng），處在（zài）高速旋轉下的汽輪發電機（jī）組，在（zài）正常運（yùn）行中總是存在著不（bú）同程度和方向的振動。對（duì）於振動，我們希望它愈小愈好。對設備的危害（hài）不大，因而是允許的。這裏所講的振動，都是指對設備有危害，超出了允許範圍的振動。
　　汽輪發（fā）電機組振（zhèn）動過大時可能引起的（de）危害和嚴重後果如下（xià）：　
　　1）機組部件連接處鬆動，地腳螺絲鬆動、斷裂；
　　2）機（jī）座（台板）二次澆灌體鬆動，基礎產生裂縫；
　　3）汽輪機葉片應力過高而疲勞折斷；
　　4）危機保安器發生誤動作；
　　5）通（tōng）流部分的軸封裝置發生摩擦或磨損，嚴重時可能因此一起主（zhǔ）軸的（de）彎曲；
　　6）滑銷磨損，滑銷嚴重磨損（sǔn）時，還會影響機組的正常熱膨脹，從而進一（yī）步引起（qǐ）更嚴重的事故（gù）；
　　7）軸瓦烏（wū）金（jīn）破裂，緊固螺釘鬆脫、斷裂；
　　8）發電機轉子護環鬆弛（chí）磨損，芯（xīn）環破損，電（diàn）氣絕緣磨破，一直造（zào）成接地或短路；
　　9）勵（lì）磁機整流子及其碳刷磨損加劇等；
　　從以上幾點可以看出（chū），振動直接威脅著機（jī）組的安全運行。因此，在機組一旦（dàn）出現振動時，就應及時找（zhǎo）出引起振動的原因，並（bìng）予以消除，決不允許在強烈振動的情（qíng）況下讓機組繼續運行。
　　汽輪發（fā）電機組的振動是一個比較複雜的問題。造成振動的原（yuán）因很多，但是我們隻要能抓住矛盾的特殊（shū）性，即抓住振動（dòng）時（shí）表現出來的不同特點，加以分析判斷，就有可能找（zhǎo）出振動的內（nèi）在原因並予以解決。
　　1、勵磁電流試驗
　　試驗目的（de）在於判斷振動（dòng）是否由電氣方麵的原因引起的，以及是由電氣方麵（miàn）的（de）哪些原因（yīn）引起的（de）。
　　如加上勵磁電流後機組發生振動，斷開勵磁電流振動（dòng）消失。則可肯定振動是有電氣方麵的原因造成（chéng）的，此時可繼續進行勵（lì）磁電（diàn）流試驗。通過勵磁（cí）電流試驗得出如下兩種結果：
　　1）隨（suí）著勵磁電流的增加，振動數值（zhí）跟著加大，此種情況表明（míng），振動（dòng）是由於磁場不平衡引起的。造成磁場不平（píng）衡的原因有：發電機轉子線圈短路；發電機轉子和靜子間空（kōng）氣間隙不均勻等；
　　2）磁場電流（liú）增加時振（zhèn）動不立即增大，而是隨著（zhe）磁場電（diàn）流增加在一定的（de）時間內成（chéng）階梯狀的增大，在勵磁電流增大時尤為顯著。這表明（míng）振動（dòng）和轉子在（zài）熱狀態下的（de）質量不均衡有關。
　　2、轉速試驗
　　試驗（yàn）目的在於判斷振動（dòng）和轉子（zǐ）質量不平（píng）衡的關係，同時可找出（chū）轉子的臨界轉速和工作轉速接（jiē）近的程度。
　　試（shì）驗一般在啟動（或停機）過程中進行。轉速每升（shēng）高100-200r/min記錄振動（dòng）值一次，試驗的Z高轉速Z好取為105%工作轉速，以便（biàn）觀察振動變化的趨向。本試驗可在汽輪機與發電機斷開情況下進行，也可在連接情況下進行。
　　通過本試（shì）驗還應檢查臨界（jiè）轉速和工作轉速是否過分接近（jìn）。一般設計時應使二者相差30%左右（yòu），但由於運行（háng）期間拆去了一（yī）些零件或在轉子上加（jiā）工等，就有可（kě）能十分精（jīng）確而達到完全平衡，這（zhè）樣工作轉速（sù）離臨界轉速過近，機組運行（háng）中必然要發生較大振動。
　　3、負荷試驗
　　試驗（yàn）的目（mù）的在於判斷（duàn）振動與機組中心、熱膨脹、轉子質量不平衡的（de）關係，判斷傳遞力矩的部件（靠背輪、減速齒輪）是否有缺（quē）陷。
　　試驗可以升負荷方（fāng）式進行，也可以降（jiàng）負荷方式進行，一般可分為零負荷、1/4負荷、1/2負荷、3/4負荷和（hé）滿載負荷五個等級。每一級附和測量振動兩次，即負荷剛改變後立即（jí）測（cè）量一次。負荷穩（wěn）定30min後再測量一次。做負荷試驗時，　在測量振動的同時必須測量機組的熱（rè）膨脹情況。一般通過負荷試驗可得出如下三種結果（guǒ）：
　　1）振動隨負荷（hé）增加而見（jiàn）效（數值（zhí）不大）。這表明振動的原因在（zài）於轉體質量的（de）不平衡，此時可參照“轉速試驗”進行分析。
　　2）振動隨負荷增加而加大，且於熱（rè）膨脹無關（即每一級負荷的兩次所測振動值變化（huà）不大）。
　　這表明振動和旋轉力（lì）矩有關。其可能原因有：機組按靠（kào）背輪（lún）找中心時沒有找準；活動或半活動式靠（kào）背輪本身有缺陷，如牙齒齧合不好或不均勻磨損（sǔn）等；
　　此種振動情況，一般在機組並列或接解列時振動值會有突變現象。
　　3）在負荷改變後的一段時間，振動隨時間的加長而加大（即（jí）在每一負荷下穩定一（yī）定時間後所測得（dé）的（de）振（zhèn）動值與次所測得的振動值有較明顯的變化）。這表明（míng）振動與（yǔ）汽輪（lún）機的熱狀態有關，其可能原因有：滑銷係統不良、基礎不均勻的下沉；主蒸汽（qì）管道（dào）布置不當，在熱膨脹時給汽缸施加了作用力；其它不正常的熱（rè）變形引起機組中心線（xiàn）發（fā）生變化等。
　　4、軸承潤滑油膜試驗
　　試驗（yàn）目（mù）的在於判斷振動是否是因為油膜不穩，油膜被破壞或軸瓦緊力不當所引起的。
　　試（shì）驗（yàn）是在保證軸（zhóu）承潤滑油壓和油量的條件下通過改變油溫來進行的，油溫變動範圍一般（bān）是正常油（yóu）溫的正負5℃，油溫每變（biàn）化1℃測量振動（dòng）一次，並在上、下限油溫時穩定30min後（hòu）各多測振動一次。
　　油溫（wēn）試（shì）驗的結果，有兩種可能（néng）情況（kuàng）：
　　1）振（zhèn）動隨油（yóu）溫升（shēng）高而加大。這（zhè）表明振動大多是由於軸瓦間隙太大所引起的。這（zhè）種情況（kuàng）比較多見，因為運行中往往會由於烏金磨損，多次修刮而使軸瓦內（nèi）徑加大，致使油（yóu）膜不穩；
　　2）振動隨油溫升高而減少。此時，振動大（dà）多是由於軸瓦間隙太小所引起的。
　　此外應注（zhù）意，由於潤滑油溫隻是通過（guò）改變油的粘度間接影響（xiǎng）油膜建立的，所以振動是否是由於油膜（mó）不（bú）穩或被破（pò）壞所造成，還應通過振動現象（xiàng）加以判斷。油膜不穩（wěn）或被破壞而引起振動的特點主要是：振動發（fā）生得比較突然（rán）和強烈，一般難於掌握其發生和消失的規律。振動波形紊亂，振動頻率和轉速不相適應；振動時（shí）機組聲音異常，好像在抖動一樣。
　　軸承緊力不夠也會（huì）引起振動，此時振動值也很不穩定，且在振動部（bù）位可聽見測到（dào）“咚東”的（de）響（xiǎng）聲。
　　除通過上述幾種試驗來尋找振動的（de）原因外，尚可（kě）通過真空試驗或機組外部特性試驗來分析振動原因。真空試驗的目的，是（shì）判斷振動是否是（shì）由於真空變（biàn）化後機組中心在垂直方向發生變化引起的。真空試驗依據的原（yuán）理是：真空變化時大氣壓（yā）力對排汽（qì）缸的作用力（lì）就要變化，使與排汽缸連成（chéng）一體的後軸承座發生上下位移；真（zhēn）空變化（huà）時，排汽溫（wēn）度變化，使排汽缸熱（rè）膨脹值變化，也會引起後軸承座上下位移，這些都（dōu）能影響機組中心在垂直（zhí）方（fāng）向的（de）變化（huà），若處理不當（dāng）時就可能（néng）引起振動。機組外部特性（xìng）試驗，實際上就是在（zài）振動值（zhí）比較大的情況下測量機組振動的分布情況，根（gēn）據振動分布情況分析判斷不正常的部位。例如：緊固螺釘鬆動、軸承座和基座台板接（jiē）觸不良，機座和軸承座框（kuàng）架在基礎上鬆動，機組基礎局部鬆動，以及某些管道共振等缺陷，就可通過外特性試驗查找出來。
　　汽輪發電機組振動異常是運行中Z常見（jiàn）的故障之一，其產生（shēng）的原（yuán）因是多方麵的，也是十分、複雜的，它與製造、安（ān）裝、檢修和運行水平（píng）有直接（jiē）關係。超過允許範圍的振動（dòng）往往（wǎng）是設備損壞的信號。振動過大將使汽輪機轉動部件如葉片、葉輪等的應力超過允許（xǔ）值而損壞（huài）；振動嚴重時，可（kě）能導致危急保安器（qì）誤動作而發生停機事故以及導致軸承座（zuò）鬆動、基礎甚（shèn）至廠房建築物的共振損壞等。因此，必須使機組的振（zhèn）動水平保持（chí）在規定的允許範圍內。
　　值得注意的是，隨著汽輪機功率的（de）增大，在（zài）軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大振動並不能在軸承座上反（fǎn）映出來。應該直（zhí）接測量轉子的振動數值作為振動標準才是（shì）合理的，在運（yùn）行中，一旦發現振動異常，除應加強（qiáng）對有關參（cān）數的監視、仔細傾聽汽（qì）輪機內（nèi）部聲音外，還應視具體情況立即減負荷（hé）乃至停機檢查。必要時通過（guò）各種試驗來分析機組（zǔ）振動（dòng）異常的原因，采取相應的處理方法及消除措施。
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