浅谈汽轮机振动原因分析

2022-09-11

1 引言

汽轮机身为一种转动机械, 它可以让蒸汽内能转化为机械能, 在应用中具有显著优势, 其运转效率相对较高, 输出功率相对较大且设备的结构相对简单, 在运行过程中具有可靠性和安全性, 且没有很大的噪音, 在工业生产中, 主要应用在泵、风机、压缩机等设备上, 进而发挥出不同的功能。

2 汽轮机振动原因

2.1 转子质量不平衡

在汽轮机运行中, 其转子具有较高的旋转速度, 如果旋转中心没有和转子质心重合, 那么转子的不平衡就会让离心力产生, 就会让轴承激烈振动, 进而导致汽轮机振动。产生这种现象的主要原因为热不平衡、转子弯曲、转子结垢或是部件脱落松动。以热弯曲为例, 其主要特征是随着使用时间的延长, 基频振动会产生变化, 工频振幅值会加大, 相位会产生变化, 而在变化趋势减缓之后, 其状态会趋于稳定, 热弯曲产生的主要原因是生产制造时使用材料的热应力, 同时, 气缸进水、动静部位摩擦等运行也会让其产生热弯曲。

2.2 转子裂纹

在汽轮机中, 转子裂纹不仅仅会让汽轮机产生振动, 还有可能发生恶性事故, 造成转子裂纹的原因主要为热应力影响、应力集中和转子腐蚀。其裂纹表现形式为螺旋裂纹、纵向裂纹、横向对称裂纹和周向裂纹, 其中周向裂纹的产生较为常见。

2.3 转子中心孔进油

如果转子大轴端部堵头没有被拧紧, 那么在汽轮机运转之后, 润滑液可能会因为中心孔压差而渗入孔中, 同样, 如果在工作完成后没有将中心孔的油进行仔细清理, 也可能会让转子中心孔进油, 进而产生振动。在中心孔内, 液体具有豁性剪切力, 会让作用在液体上的离心力产生超前角, 离心力会分解出切向力, 方向和涡动方向相同, 在转子地临界转速低于转速时, 涡动力可能会让次同步失稳现象产生, 进而使得振动产生并加大。

2.4 动静部位碰摩

动静部位碰摩会让汽轮机发生振动, 其产生原因主要为动静间隙过小, 转子振动振幅比动静间隙大或是转子因轴系对中不到位而偏斜。如果是局部碰撞摩擦, 那么其特征主要包含四种:一是不规则的相位变化, 碰撞摩擦可能会引起热弯曲, 进而改变热弯曲不平衡质量点位置;二是基频振动, 轻微碰撞的振动幅度不会发生过大的变化, 如果碰撞摩擦较为严重, 如果轴变弯被推到轴承大偏心区, 那么振幅会减少;三是碰撞摩擦如果较为严重, 那么谐波分量会相对明显, 频谱图谐波分量会随着碰撞摩擦的加重而增多。四是如果多个部位均有碰撞摩擦产生, 如果摩擦力相对较大, 那么轴心轨迹为逆转向涡动。

3 汽轮机振动的诊断和处理

在设计方面, 需要制造厂家在机械加工时保证原材料的质量, 在对其进行装配时需要确保每一级叶片都经过严密的试动平衡试验, 在装配完成之后, 还需要对其进行低速动平衡、高速动平衡的检测工作, 这可以降低转子不平衡现象产生的概率。如果产生转子裂纹现象, 在对其进行诊断和修复时, 需要诊断的信息主要有两个方面, 一是变转速过程中的2X频相位与振幅, 在临界转速一半处会出现2X频共振峰, 裂纹深度的增加会提升共振峰值;二是恒定转速时的2X频与基频的相位与振幅值, 对变化进行分析时, 其主要工具时极坐标图与时间趋势图, 在极坐标图中, 振幅变化范围与相位变化范围是扇形区域。针对转子中心孔进油问题, 需要比较振动发生的几次开机振动信息, 其通常是随着时间推移而越发明显。如果动静部位因碰撞摩擦造成了汽轮机振动, 那么需要对其进行停机开缸检修, 对其进行诊断时, 需要结合多种技术手段, 如停车过程波特图、汽轮机启动记录等, 并联合听诊技术, 让诊断结果准确性得到提升, 值得注意的是, 在对其进行诊断时, 电涡流传感器的加装是具有必要性的。

以我国某热电厂为例, 在该热电厂中, 其中3号汽轮机是单缸、次高压、冲动凝汽式, 经济功率是20MW, 额定功率是25MW, 除可以调整工业抽气以外, 其他的五级是不能对回热抽气进行调整的。其振动值在70μm以下, 如果比70μm大, 那么就会让运行状态发生异常, 汽轮机从1W到4W垂直振动是一直偏高的, 使得在小负荷状态下机组运转。在一次振动中, 因为达到报警值使得汽轮机停运时间达到整整48小时。经过检查, 发现几次振动产生的原因是由两方面造成的, 一是在现场安装时没有对其工艺质量予以保障, 二是在运行过程中出现了过度磨损, 其转子存在叶片脱落现象, 产生了动静摩擦。通过对其转子进行维修, 对其动静间隙进行调整, 解决了这种汽轮机振动问题。