汽轮机的异常振动是机组安全稳定运行的重要隐患之一,如不能及时采取有效措施排除故障,必将造成设备损坏等故障。故笔者结合多年现场运行经验,详细介绍了机组异常振动工况分析应采取的分析思路与分析方法。

  1、引言

  汽轮机是将蒸汽的热能转变成机械能的回转式原动机,是火力及原子能发电厂的主要设备之一,主要用于拖动发电机发电。随着汽轮机组进汽参数的不断提高和容量的增大,汽轮发电机组轴系愈来愈长,轴系的支承和汽缸膨胀系统也更加复杂,轴系的平衡状态、机组的热膨胀和热变形等每一个环节出现问题,都会导致机组产生异常振动,以致造成设备损坏,从而使大型机组更加增大了振动的复杂性和危险性。

  在运行中一旦发现机组出现异常振动,就要求运行人员尽早发现、正确判断并及时处理,将事故损失缩小到最低限度。如果运行人员不能及时发现或判断错误,甚至发生误操作就会扩大事故,造成设备严重损坏,甚至危及人身的安全。为了防止事故的发生和扩大,要求运行人员要有高度的责任心,努力提高运行技术水平,在关键时刻,能够做到正确分析、判断和处理;在设备存在缺陷时,要做好事故预想,以便于做到有备无患。

  2、异常振动的分析思路

  机组的强烈振动,在较短的时间内将会造成零部件的损坏,构成设备损坏事故。根据国内外有关资料介绍,汽轮发电机组振动过大构成的事故主要有:转子径向碰磨引起轴弯曲和轴封、通流部分严重磨损,轴系破坏毁机,轴瓦乌金碾压和碎裂,动静部件疲劳损坏,危急保安器或其他保护误动作等。下面仅就机组振动构成的事故分析思路进行简单的讨论。

  首先要对事故的现象、过程、特征进行分析比较,然后作出判断,或采取逐个对振动事故的分析,由于事故不能再现,而只能从事故的现象、过程和有关记录以及运行人员的记忆中进行综合归纳,去伪存真,结合振动诊断知识和经验进行推理。

  其次,要注意分清事故的起因和主导原因。所谓事故起因,是指事故的诱发因素,主导原因是指引起强烈振动造成事故的直接原因。如已往的两起国产大机组轴系损坏事故,起因是甩负荷超速保护系统故障引起机组超速,主导原因则是接长轴共振、长叶片断裂或其他转动部件破裂,引起强烈振动而造成轴系的严重损坏。

  另外,还应注意对事故损坏部件和碎片的收集、保护和检验。从破损部件的特征中可以发现和分析问题。如对某断口形貌的分析,确定断裂的性质,是脆性断裂,还是疲劳断裂,作用力的方向和性质等;结合金属失效分析,判断部件的损坏过程,是长期疲劳断裂,还是突发性的大应力断裂。对破损部件的检验分析结果,通常能为事故分析提供重要的依据。

  总的来说,振动事故分析主要是寻找证据,抓住主要现象和特征,经过推理,演释出事故的过程,找出薄弱环节,以便制定预防对策。

浅谈汽轮发电机组异常振动的分析思路与方法


  3、异常振动的具体分析方法

  当机组运行出现异常振动时,总工程师和有关专责人员要及时地组织运行、检修和试验监督等有关人员进行原因分析并制定处理措施。在分析机组振动原因时,通常要注意做到以下几个方面:

  3.1充分利用机组现有的振动资料和有关的设备档案

  如机组投产调试过程中有关机组振动测量记录、大修前后的振动测量记录、振动处理工作总结报告,以及与振动有关的机组安装和检修时的测量数据。包括轴系的对轮中心、转子的弯曲度、轴瓦间隙、紧力、动叶片和其他转动零部件的缺陷及缺陷处理记录等。这样便于掌握机组振动发展的趋势和可能发生的设备故障,排除一些与振动无关的因素,把可能造成机组振动的因素缩小到最小范围。

  3.2充分利用现代振动测试仪表的各项功能和测试手段

  利用先进的振动测试设备,通常可以获得:轴承和轴颈的振动幅值、烈度、相位、波特图、轴心轨迹、振动趋势图、频谱图、振型圆等各项振动参数和分析图表;装有振动诊断系统的机组,通过实时振动测量和软件系统的分析判断,还可以提供初步的振动原因分析的结果。

  通过测试手段可以快速有效地分析判断引起机组振动的各种因素,如通过波特图(转速与振幅和相位的关系曲线)可以判断轴系的平衡情况、平衡的性质以及临界转速的分布情况;通过频谱图可以判断干扰力的频率对轮中心是否存在问题、是否存在动静摩擦和电气方面的缺陷;结合轴心轨迹图还可以判断是否存在自激振动和自激振动的性质等。

  3.3进行有关振动试验

  针对机组的某些振动特征,进行有关的振动试验,以便对初步作出的判断进行验证。如机组的振动和负荷变化有关时,可以进行负荷变化(励磁电流保持不变)和励磁电流变化(负荷保持不变)试验,以便判断是机械还是电气方面的原因。又如机组出现1/2倍工频不稳定的振动时,可以进行润滑油温变化试验和负荷变化试验,以便分析判断是否存在蒸汽自激振动或其他原因引起的半速涡动。

  通过上述几个方面的工作,对于机组异常振动的原因通常是能够查明的。鉴于汽轮发电机组振动的复杂性、多变性和随机性,有时还存在一些偶然性,个别机组的振动原因往往需要较长时间的观察、试验,反复地分析研究才能最终得到解决。

  4、结语

  汽轮发电机组异常振动异常的原因有很多,具有一定的复杂性、多变性和随机性,在分析过程中除了掌握正确的分析思路与分析方法,往往还需要借助于相关的经验进行判断,因此,汽机专业技术人员必须定期参加相关的专业培训,并在实际运维过程中,不断总结分析振动产生的原因,逐步提高专业技能水平,以便在机组异常振动时作出准确判断,及时消除故障。


2018年11月27日

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