淺談汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的分析思路與方法

　　汽輪機(jī)的異常振動(dòng)是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要隱患之一，如不能及時(shí)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(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了機(jī)組異常振動(dòng)工況分析應(yīng)采取的分析思路與分析方法。

　　《汽輪機(jī)技術(shù)》為專業(yè)技術(shù)性刊物。內(nèi)容涉及汽輪機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究、加工工藝、材料應(yīng)用、安裝調(diào)試、維護(hù)運(yùn)行、設(shè)備改造等方面。讀者對(duì)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(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的回轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)，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(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。隨著汽輪機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)的不斷提高和容量的增大，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系愈來愈長(zhǎng)，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(jī)組的熱膨脹和熱變形等每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生異常振動(dòng)，以致造成設(shè)備損壞，從而使大型機(jī)組更加增大了振動(dòng)的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性。

　　在運(yùn)行中一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)，就要求運(yùn)行人員盡早發(fā)現(xiàn)、正確判斷并及時(shí)處理，將事故損失縮小到最低限度。如果運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或判斷錯(cuò)誤，甚至發(fā)生誤操作就會(huì)擴(kuò)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(kuò)大，要求運(yùn)行人員要有高度的責(zé)任心，努力提高運(yùn)行技術(shù)水平，在關(guān)鍵時(shí)刻，能夠做到正確分析、判斷和處理;在設(shè)備存在缺陷時(shí)，要做好事故預(yù)想，以便于做到有備無患。

　　2、異常振動(dòng)的分析思路

　　機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)將會(huì)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(jī)組振動(dòng)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(jī)，軸瓦烏金碾壓和碎裂，動(dòng)靜部件疲勞損壞，危急保安器或其他保護(hù)誤動(dòng)作等。下面僅就機(jī)組振動(dòng)構(gòu)成的事故分析思路進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。

　　首先要對(duì)事故的現(xiàn)象、過程、特征進(jìn)行分析比較，然后作出判斷，或采取逐個(gè)對(duì)振動(dòng)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(yùn)行人員的記憶中進(jìn)行綜合歸納，去偽存真，結(jié)合振動(dòng)診斷知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(qiáng)烈振動(dòng)造成事故的直接原因。如已往的兩起國產(chǎn)大機(jī)組軸系損壞事故，起因是甩負(fù)荷超速保護(hù)系統(tǒng)故障引起機(jī)組超速，主導(dǎo)原因則是接長(zhǎng)軸共振、長(zhǎng)葉片斷裂或其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件破裂，引起強(qiáng)烈振動(dòng)而造成軸系的嚴(yán)重?fù)p壞。

　　另外，還應(yīng)注意對(duì)事故損壞部件和碎片的收集、保護(hù)和檢驗(yàn)。從破損部件的特征中可以發(fā)現(xiàn)和分析問題。如對(duì)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(zhǎng)期疲勞斷裂，還是突發(fā)性的大應(yīng)力斷裂。對(duì)破損部件的檢驗(yàn)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(dòng)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(duì)策。

　　3、異常振動(dòng)的具體分析方法

　　當(dāng)機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)，總工程師和有關(guān)專責(zé)人員要及時(shí)地組織運(yùn)行、檢修和試驗(yàn)監(jiān)督等有關(guān)人員進(jìn)行原因分析并制定處理措施。在分析機(jī)組振動(dòng)原因時(shí)，通常要注意做到以下幾個(gè)方面：

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

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

　　3.2 充分利用現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)試儀表的各項(xiàng)功能和測(cè)試手段

　　利用先進(jìn)的振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，通常可以獲得：軸承和軸頸的振動(dòng)幅值、烈度、相位、波特圖、軸心軌跡、振動(dòng)趨勢(shì)圖、頻譜圖、振型圓等各項(xiàng)振動(dòng)參數(shù)和分析圖表;裝有振動(dòng)診斷系統(tǒng)的機(jī)組，通過實(shí)時(shí)振動(dòng)測(cè)量和軟件系統(tǒng)的分析判斷，還可以提供初步的振動(dòng)原因分析的結(jié)果。

　　通過測(cè)試手段可以快速有效地分析判斷引起機(jī)組振動(dòng)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(duì)輪中心是否存在問題、是否存在動(dòng)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(dòng)和自激振動(dòng)的性質(zhì)等。

　　3.3 進(jìn)行有關(guān)振動(dòng)試驗(yàn)

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

　　通過上述幾個(gè)方面的工作，對(duì)于機(jī)組異常振動(dòng)的原因通常是能夠查明的。鑒于汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的復(fù)雜性、多變性和隨機(jī)性，有時(shí)還存在一些偶然性，個(gè)別機(jī)組的振動(dòng)原因往往需要較長(zhǎng)時(shí)間的觀察、試驗(yàn)，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(jī)組異常振動(dòng)異常的原因有很多，具有一定的復(fù)雜性、多變性和隨機(jī)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(yàn)進(jìn)行判斷，因此，汽機(jī)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(shí)際運(yùn)維過程中，不斷總結(jié)分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因，逐步提高專業(yè)技能水平，以便在機(jī)組異常振動(dòng)時(shí)作出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)消除故障。

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