淺談汽輪發(fā)電機組異常振動的分析思路與方法

　　汽輪機的異常振動是機組安全穩(wěn)定運行的重要隱患之一，如不能及時采取有效措施排除故障，必將造成設(shè)備損壞等故障。故筆者結(jié)合多年現(xiàn)場運行經(jīng)驗，詳細(xì)介紹了機組異常振動工況分析應(yīng)采取的分析思路與分析方法。

　　《汽輪機技術(shù)》為專業(yè)技術(shù)性刊物。內(nèi)容涉及汽輪機的實驗研究、加工工藝、材料應(yīng)用、安裝調(diào)試、維護運行、設(shè)備改造等方面。讀者對象為發(fā)電設(shè)備科研及工程技術(shù)人員、相關(guān)專業(yè)大專院校師生等，也可供力學(xué)、材料、能源等專業(yè)科研人員參考。

　　1、引言

　　汽輪機是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成機械能的回轉(zhuǎn)式原動機，是火力及原子能發(fā)電廠的主要設(shè)備之一，主要用于拖動發(fā)電機發(fā)電。隨著汽輪機組進汽參數(shù)的不斷提高和容量的增大，汽輪發(fā)電機組軸系愈來愈長，軸系的支承和汽缸膨脹系統(tǒng)也更加復(fù)雜，軸系的平衡狀態(tài)、機組的熱膨脹和熱變形等每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致機組產(chǎn)生異常振動，以致造成設(shè)備損壞，從而使大型機組更加增大了振動的復(fù)雜性和危險性。

　　在運行中一旦發(fā)現(xiàn)機組出現(xiàn)異常振動，就要求運行人員盡早發(fā)現(xiàn)、正確判斷并及時處理，將事故損失縮小到最低限度。如果運行人員不能及時發(fā)現(xiàn)或判斷錯誤，甚至發(fā)生誤操作就會擴大事故，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，甚至危及人身的安全。為了防止事故的發(fā)生和擴大，要求運行人員要有高度的責(zé)任心，努力提高運行技術(shù)水平，在關(guān)鍵時刻，能夠做到正確分析、判斷和處理;在設(shè)備存在缺陷時，要做好事故預(yù)想，以便于做到有備無患。

　　2、異常振動的分析思路

　　機組的強烈振動，在較短的時間內(nèi)將會造成零部件的損壞，構(gòu)成設(shè)備損壞事故。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料介紹，汽輪發(fā)電機組振動過大構(gòu)成的事故主要有：轉(zhuǎn)子徑向碰磨引起軸彎曲和軸封、通流部分嚴(yán)重磨損，軸系破壞毀機，軸瓦烏金碾壓和碎裂，動靜部件疲勞損壞，危急保安器或其他保護誤動作等。下面僅就機組振動構(gòu)成的事故分析思路進行簡單的討論。

　　首先要對事故的現(xiàn)象、過程、特征進行分析比較，然后作出判斷，或采取逐個對振動事故的分析，由于事故不能再現(xiàn)，而只能從事故的現(xiàn)象、過程和有關(guān)記錄以及運行人員的記憶中進行綜合歸納，去偽存真，結(jié)合振動診斷知識和經(jīng)驗進行推理。

　　其次，要注意分清事故的起因和主導(dǎo)原因。所謂事故起因，是指事故的誘發(fā)因素，主導(dǎo)原因是指引起強烈振動造成事故的直接原因。如已往的兩起國產(chǎn)大機組軸系損壞事故，起因是甩負(fù)荷超速保護系統(tǒng)故障引起機組超速，主導(dǎo)原因則是接長軸共振、長葉片斷裂或其他轉(zhuǎn)動部件破裂，引起強烈振動而造成軸系的嚴(yán)重?fù)p壞。

　　另外，還應(yīng)注意對事故損壞部件和碎片的收集、保護和檢驗。從破損部件的特征中可以發(fā)現(xiàn)和分析問題。如對某斷口形貌的分析，確定斷裂的性質(zhì)，是脆性斷裂，還是疲勞斷裂，作用力的方向和性質(zhì)等;結(jié)合金屬失效分析，判斷部件的損壞過程，是長期疲勞斷裂，還是突發(fā)性的大應(yīng)力斷裂。對破損部件的檢驗分析結(jié)果，通常能為事故分析提供重要的依據(jù)。

　　總的來說，振動事故分析主要是尋找證據(jù)，抓住主要現(xiàn)象和特征，經(jīng)過推理，演釋出事故的過程，找出薄弱環(huán)節(jié)，以便制定預(yù)防對策。

　　3、異常振動的具體分析方法

　　當(dāng)機組運行出現(xiàn)異常振動時，總工程師和有關(guān)專責(zé)人員要及時地組織運行、檢修和試驗監(jiān)督等有關(guān)人員進行原因分析并制定處理措施。在分析機組振動原因時，通常要注意做到以下幾個方面：

　　3.1 充分利用機組現(xiàn)有的振動資料和有關(guān)的設(shè)備檔案

　　如機組投產(chǎn)調(diào)試過程中有關(guān)機組振動測量記錄、大修前后的振動測量記錄、振動處理工作總結(jié)報告，以及與振動有關(guān)的機組安裝和檢修時的測量數(shù)據(jù)。包括軸系的對輪中心、轉(zhuǎn)子的彎曲度、軸瓦間隙、緊力、動葉片和其他轉(zhuǎn)動零部件的缺陷及缺陷處理記錄等。這樣便于掌握機組振動發(fā)展的趨勢和可能發(fā)生的設(shè)備故障，排除一些與振動無關(guān)的因素，把可能造成機組振動的因素縮小到最小范圍。

　　3.2 充分利用現(xiàn)代振動測試儀表的各項功能和測試手段

　　利用先進的振動測試設(shè)備，通?？梢垣@得：軸承和軸頸的振動幅值、烈度、相位、波特圖、軸心軌跡、振動趨勢圖、頻譜圖、振型圓等各項振動參數(shù)和分析圖表;裝有振動診斷系統(tǒng)的機組，通過實時振動測量和軟件系統(tǒng)的分析判斷，還可以提供初步的振動原因分析的結(jié)果。

　　通過測試手段可以快速有效地分析判斷引起機組振動的各種因素，如通過波特圖(轉(zhuǎn)速與振幅和相位的關(guān)系曲線)可以判斷軸系的平衡情況、平衡的性質(zhì)以及臨界轉(zhuǎn)速的分布情況;通過頻譜圖可以判斷干擾力的頻率對輪中心是否存在問題、是否存在動靜摩擦和電氣方面的缺陷;結(jié)合軸心軌跡圖還可以判斷是否存在自激振動和自激振動的性質(zhì)等。

　　3.3 進行有關(guān)振動試驗

　　針對機組的某些振動特征，進行有關(guān)的振動試驗，以便對初步作出的判斷進行驗證。如機組的振動和負(fù)荷變化有關(guān)時，可以進行負(fù)荷變化(勵磁電流保持不變)和勵磁電流變化(負(fù)荷保持不變)試驗，以便判斷是機械還是電氣方面的原因。又如機組出現(xiàn)1/2倍工頻不穩(wěn)定的振動時，可以進行潤滑油溫變化試驗和負(fù)荷變化試驗，以便分析判斷是否存在蒸汽自激振動或其他原因引起的半速渦動。

　　通過上述幾個方面的工作，對于機組異常振動的原因通常是能夠查明的。鑒于汽輪發(fā)電機組振動的復(fù)雜性、多變性和隨機性，有時還存在一些偶然性，個別機組的振動原因往往需要較長時間的觀察、試驗，反復(fù)地分析研究才能最終得到解決。

　　4、結(jié)語

　　汽輪發(fā)電機組異常振動異常的原因有很多，具有一定的復(fù)雜性、多變性和隨機性，在分析過程中除了掌握正確的分析思路與分析方法，往往還需要借助于相關(guān)的經(jīng)驗進行判斷，因此，汽機專業(yè)技術(shù)人員必須定期參加相關(guān)的專業(yè)培訓(xùn)，并在實際運維過程中，不斷總結(jié)分析振動產(chǎn)生的原因，逐步提高專業(yè)技能水平，以便在機組異常振動時作出準(zhǔn)確判斷，及時消除故障。

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