热电厂汽轮机异常振动故障分析

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　　摘 要:汽轮机作为发电系统的重要组成部分,其故障率的减少对于整个系统都有着重要的意义。本文对汽轮机异常振动故障进行分析研究。
　　关键词:汽轮机;异常振动;解决方法
　　中图分类号:TD614 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)020(C)-0185-01
　　
　　一、概述
　　汽轮机是电力企业中的关键生产设备,对其开展状态监测与故障诊断工作,保障设备安全可靠的运行,可以取得巨大的经济效益和社会效益。汽轮机的故障诊断技术是借助机械振动、转子动力学等理论深入研究和认识设备的故障机理;运用现代测试技术、测量技术、测量与监视伴随设备运行的振动、噪声、温度、压力、流量等参数;利用信号分析与数据处理技术,对这些参数的模拟或数字信息进行处理;建立动态信息与设备故障之间的联系,运用智能科学技术确定设备的诊断思想;以计算机技术为核心,建立故障监测与诊断的系统。
　　二、汽轮机常见异常振动故障
　　(一)轴承的轴向振动
　　在测量机组振动过程中,常发现轴承的轴向振动过大,其振动频率与转速相同。引起轴承轴向振动过大的原因有如下几点。(1)弯曲的转子在旋转时,轴颈产生偏转,轴颈在轴瓦内的油膜承力中心沿轴向随转速发生周期性变化,从而引起轴承座的轴向振动。(2)轴瓦受力中心跟轴承座几何中心不重合。(3)轴承座不稳固。挠曲的转子在旋转时,将力图使轴瓦及轴承座作相应的偏转,但轴承无法追随轴颈的偏转只能形成轴向振动。轴向振动的幅值同转子的挠曲程度成正比,而各轴承振动的相位则取决于转子挠曲弹性线的形状。在一阶临界转速附近转子两个轴承的轴向振动相位相反。而在二阶临界转速附近转子两个轴承的轴向振动相位则相同。
　　(二)汽流激振
　　汽流激振有两个主要特征:一是应该出现较大量值的低频分量;二是振动的增大受运行参数的影响明显,如负荷,且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振;对于大型机组,由于末级较长,气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象;轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征,其故障分析要通过长时间(一年以上)记录每次机组振动的数据,连同机组满负荷时的数据记录,做出成组曲线,观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率,从5T/h到50/h的给水量逐一变化的过程,观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性,消除气流激振。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态,采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。
　　(三)转子热变形
　　转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系,大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段,此时转子温度逐渐升高,材质内应力释放引起转子热变形,一倍频振动增大,同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障,但其故障机理相同,都与转子质量偏心类似,因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动,因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外,转轴弯曲时,由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同,两者之间相互作用会有所抵消,转轴的振幅在某个转速下会有所减小,即在某个转速上,转轴的振幅会产生一个“凹谷”,这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时,振幅的减少发生在临界转速以下;当弯曲作用大于不平衡量时,振幅的减少就发生在临界转速以上。针对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。
　　三、汽轮机异常振动故障的查找分析
　　生产中经常遇到瓦盖振、轴振的异常变化,引起振动异常的原因很多。根据振动产生的集中原因,在查找振动主要来源时要注意下面几个要素:振动的频率是1X,2X,1/2X等。振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。振动的稳定性如何(指随转速、负荷、温度、励磁电流、时间、等的变化是否变化)。例如汽轮机转子质量不平衡会有下列现象:升速时振动与转速的二次方成正比,转速高振动大。特别过临界时振动比以往大得多。振动的频率主要是1X。振动的相位一般不变化及相邻轴承相位出现同相或反相。振动的稳定性好(在振动没有引起磨擦的情况下),且重复性好。根据振动特征与日常检测维修记录多方面分析,找出故障原因最终排除。另外对于一些原本设计上有通病的机组,要做好心理准备并牢记其故障点,一旦出现情况首先要检查设计缺陷部件。
　　结束语:汽轮机振动是影响机组安全运行的一个重要指标,产生振动的原因是多种多样的,不同的原因有不同的振动特征。在进行此类故障排除时,不能急于拆解机组,首先要根据故障特征进行故障分析,确定故障点后查看机组维修记录,确认故障点零部件情况,最后进行必要的故障排除。因此,针对汽轮机异常振动原因的分析就显得尤为重要,只有查明原因才能对症维修。
　　作者单位:皖北煤电集团恒源股份有限公司钱营孜煤矿
　　参考文献:
　　[1]冯志鹏,宋希庚,薛冬新等.旋转机械故障诊断理论与技术进展综述[J].振动与冲击,2001.
　　[2]陈进.机械设备振动监测与故障诊断[M].上海交通大学出版社,1999.
　　[2]山西省电力工业局.汽轮机设备检修技术[M].武汉:水利电力出版社,2004.

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