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汽輪發(fā)電機組振動(dòng)原因分析
論文關(guān)鍵詞：汽輪發(fā) 振動(dòng)
論文摘要：汽輪機組振動(dòng)范圍的規定(單位：毫米)對設備的危害不大，因而是允許的。汽輪發(fā)電機組的振動(dòng)是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題。造成振動(dòng)的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動(dòng)時(shí)表現出來(lái)的不同特點(diǎn)，加以分析判斷，就有可能找出振動(dòng)的內在原因并予以解決。
值得注意的是，隨著(zhù)汽輪機功率的增大，在軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大振動(dòng)并不能在軸承座上反映出來(lái)。
振動(dòng)是指一種周期性的往復運動(dòng)，處在高速旋轉下的汽輪發(fā)電機組，在正常運行中總是存在著(zhù)不同程度和方向的振動(dòng)。對于振動(dòng)，我們希望它愈小愈好。
對設備的危害不大，因而是允許的。這里所講的振動(dòng)，都是指對設備有危害，超出了允許范圍的振動(dòng)。
汽輪發(fā)電機組振動(dòng)過(guò)大時(shí)可能引起的危害和嚴重后果如下：
1)機組部件連接處松動(dòng)，地腳螺絲松動(dòng)、斷裂；
2)機座(臺板)二次澆灌體松動(dòng)，基礎產(chǎn)生裂縫：
3)汽輪機葉片應力過(guò)高而疲勞折斷；
4)危機保安器發(fā)生誤動(dòng)作；
5)通流部分的軸封裝置發(fā)生摩擦或磨損，嚴重時(shí)可能因此一起主軸的彎曲；
6)滑銷(xiāo)磨損，滑銷(xiāo)嚴重磨損時(shí)，還會(huì )影響機組的正常熱膨脹，從而進(jìn)一步引起更嚴重的事故；
7)軸瓦烏金破裂，緊固螺釘松脫、斷裂；
8)發(fā)電機轉子護環(huán)松弛磨損，芯環(huán)破損，電氣絕緣磨破，一直造成接地或短路；
9)勵磁機整流子及其碳刷磨損加劇等；
從以上幾點(diǎn)可以看出，振動(dòng)直接威脅著(zhù)機組的安全運行。因此，在機組一旦出現振動(dòng)時(shí)，就應及時(shí)找出引起振動(dòng)的原因，并予以消除，決不允許在強烈振動(dòng)的情況下讓機組繼續運行。
汽輪發(fā)電機組的振動(dòng)是一個(gè)比較復雜的問(wèn)題。造成振動(dòng)的原因很多，但是我們只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振動(dòng)時(shí)表現出來(lái)的不同特點(diǎn)，加以分析判斷，就有可能找出振動(dòng)的內在原因并予以解決。
1、勵磁電流試驗
試驗目的在于判斷振動(dòng)是否由電氣方面的原因引起的，以及是由電氣方面的哪些原因引起的。
如加上勵磁電流后機組發(fā)生振動(dòng)，斷開(kāi)勵磁電流振動(dòng)消失。則可肯定振動(dòng)是有電氣方面的原因造成的，此時(shí)可繼續進(jìn)行勵磁電流試驗。通過(guò)勵磁電流試驗得出如下兩種結果：
1)隨著(zhù)勵磁電流的增加，振動(dòng)數值跟著(zhù)加大，此種情況表明，振動(dòng)是由于磁場(chǎng)不平衡引起的。造成磁場(chǎng)不平衡的原因有：發(fā)電機轉子線(xiàn)圈短路：發(fā)電機轉子和靜子間空氣間隙不均勻等；
2)磁場(chǎng)電流增加時(shí)振動(dòng)不立即增大，而是隨著(zhù)磁場(chǎng)電流增加在一定的時(shí)間內成階梯狀的增大，在勵磁電流增大時(shí)尤為顯著(zhù)。這表明振動(dòng)和轉子在熱狀態(tài)下的質(zhì)量不均衡有關(guān)。
2、轉速試驗
試驗目的在于判斷振動(dòng)和轉子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，同時(shí)可找出轉子的臨界轉速和工作轉速接近的程度。
試驗一般在啟動(dòng)(或停機)過(guò)程中進(jìn)行。轉速每升高100—200r/min記錄振動(dòng)值一次，試驗的最高轉速最好取為105％工作轉速，以便觀(guān)察振動(dòng)變化的趨向。本試驗可在汽輪機與發(fā)電機斷開(kāi)情況下進(jìn)行，也可在連接情況下進(jìn)行。
通過(guò)本試驗還應檢查臨界轉速和工作轉速是否過(guò)分接近。一般設計時(shí)應使二者相差30％左右，但由于運行期間拆去了一些零件或在轉子上加工等，就有可能十分精確而達到完全平衡，這樣工作轉速離臨界轉速過(guò)近，機組運行中必然要發(fā)生較大振動(dòng)。
3、負荷試驗
試驗的目的在于判斷振動(dòng)與機組中心、熱膨脹、轉子質(zhì)量不平衡的關(guān)系，判斷傳遞力矩的部件(靠背輪、減速齒輪)是否有缺陷。
試驗可以升負荷方式進(jìn)行，也可以降負荷方式進(jìn)行，一般可分為零負荷、1/4負荷、1/2負荷、3/4負荷和滿(mǎn)載負荷五個(gè)等級。每一級附和測量振動(dòng)兩次，即負荷剛改變后立即測量一次。負荷穩定30min后再測量一次。做負荷試驗時(shí)，在測量振動(dòng)的同時(shí)必須測量機組的熱膨脹情況。一般通過(guò)負荷試驗可得出如下三種結果：
1)振動(dòng)隨負荷增加而見(jiàn)效(數值不大)。這表明振動(dòng)的原因在于轉體質(zhì)量的不平衡，此時(shí)可參照“轉速試驗”進(jìn)行分析。
2)振動(dòng)隨負荷增加而加大，且于熱膨脹無(wú)關(guān)(即每一級負荷的兩次所測振動(dòng)值變化不大)。
這表明振動(dòng)和旋轉力矩有關(guān)。其可能原因有：機組按靠背輪找中心時(shí)沒(méi)有找準；活動(dòng)或半活動(dòng)式靠背輪本身有缺陷，如牙齒嚙合不好或不均勻磨損等；
此種振動(dòng)情況，一般在機組并列或接解列時(shí)振動(dòng)值會(huì )有突變現象。
3)在負荷改變后的一段時(shí)間，振動(dòng)隨時(shí)間的加長(cháng)而加大(即在每一負荷下穩定一定時(shí)間后所測得的振動(dòng)值與第一次所測得的振動(dòng)值有較明顯的變化)。這表明振動(dòng)與汽輪機的熱狀態(tài)有關(guān)，其可能原因有：滑銷(xiāo)系統不良、基礎不均勻的下沉；主蒸汽管道布置不當，在熱膨脹時(shí)給汽缸施加了作用力；其它不正常的熱變形引起機組中心線(xiàn)發(fā)生變化等。
4、軸承潤滑油膜試驗
試驗目的在于判斷振動(dòng)是否是因為油膜不穩，油膜被破壞或軸瓦緊力不當所引起的。
試驗是在保證軸承潤滑油壓和油量的條件下通過(guò)改變油溫來(lái)進(jìn)行的，油溫變動(dòng)范圍一般是正常油溫的正負5℃，油溫每變化1℃測量振動(dòng)一次，并在上、下限油溫時(shí)穩定30min后各多測振動(dòng)一次。
油溫試驗的結果，有兩種可能情況：
1)振動(dòng)隨油溫升高而加大。這表明振動(dòng)大多是由于軸瓦間隙太大所引起的。這種情況比較多見(jiàn)，因為運行中往往會(huì )由于烏金磨損，多次修刮而使軸瓦內徑加大，致使油膜不穩；
2)振動(dòng)隨油溫升高而減少。此時(shí)，振動(dòng)大多是由于軸瓦間隙太小所引起的。
此外應注意，由于潤滑油溫只是通過(guò)改變油的粘度間接影響油膜建立的，所以振動(dòng)是否是由于油膜不穩或被破壞所造成，還應通過(guò)振動(dòng)現象加以判斷。油膜不穩或被破壞而引起振動(dòng)的特點(diǎn)主要是：振動(dòng)發(fā)生得比較突然和強烈，一般難于掌握其發(fā)生和消失的規律。振動(dòng)波形紊亂，振動(dòng)頻率和轉速不相適應；振動(dòng)時(shí)機組聲音異常，好像在抖動(dòng)一樣。
軸承緊力不夠也會(huì )引起振動(dòng)，此時(shí)振動(dòng)值也很不穩定，且在振動(dòng)部位可聽(tīng)見(jiàn)測到“咚東”的響聲。
除通過(guò)上述幾種試驗來(lái)尋找振動(dòng)的原因外，尚可通過(guò)真空試驗或機組外部特性試驗來(lái)分析振動(dòng)原因。真空試驗的目的，是判斷振動(dòng)是否是由于真空變化后機組中心在垂直方向發(fā)生變化引起的。真空試驗依據的原理是：真空變化時(shí)大氣壓力對排汽缸的作用力就要變化，使與排汽缸連成一體的后軸承座發(fā)生上下位移；真空變化時(shí)，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會(huì )引起后軸承座上下位移，這些都能影響機組中心在垂直方向的變化，若處理不當時(shí)就可能引起振動(dòng)。機組外部特性試驗，實(shí)際上就是在振動(dòng)值比較大的情況下測量機組振動(dòng)的分布情況，根據振動(dòng)分布情況分析判斷不正常的部位。例如：緊固螺釘松動(dòng)、軸承座和基座臺板接觸不良，機座和軸承座框架在基礎上松動(dòng)，機組基礎局部松動(dòng)，以及某些管道共振等缺陷，就可通過(guò)外特性試驗查找出來(lái)。
汽輪發(fā)電機組振動(dòng)異常是運行中最常見(jiàn)的故障之一，其產(chǎn)生的原因是多方面的，也是十分、復雜的，它與制造、安裝、檢修和運行水平有直接關(guān)系。超過(guò)允許范圍的振動(dòng)往往是設備損壞的信號。振動(dòng)過(guò)大將使汽輪機轉動(dòng)部件如葉片、葉輪等的應力超過(guò)允許值而損壞；振動(dòng)嚴重時(shí)，可能導致危急保安器誤動(dòng)作而發(fā)生停機事故以及導致軸承座松動(dòng)、基礎甚至廠(chǎng)房物的共振損壞等。因此，必須使機組的振動(dòng)水平保持在規定的允許范圍內。
值得注意的是，隨著(zhù)汽輪機功率的增大，在軸承座剛度相當大的情況下，轉子的較大振動(dòng)并不能在軸承座上反映出來(lái)。應該直接測量轉子的振動(dòng)數值作為振動(dòng)標準才是合理的，在運行中，一旦發(fā)現振動(dòng)異常，除應加強對有關(guān)參數的監視、仔細傾聽(tīng)汽輪機內部聲音外，還應視具體情況立即減負荷乃至停機檢查。必要時(shí)通過(guò)各種試驗來(lái)分析機組振動(dòng)異常的原因，采取相應的處理方法及消除措施。
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