(中煤华晋集团晋城热电有限公司，山西晋城 048000)
摘要：汽轮机作为热电厂中最为重要的发电设备，通过汽轮机的转动带动发电机产生电流，其运转效率关系到热电厂的生产安全与发展效益，并且汽轮机处于长时间运行，难免会产生一些重要零部件、固定装置、接口处的磨损，轻微处会造成汽轮机的振动，影响到正常的发电功率，严重时甚至会影响到发电安全造成经济损失。因此需要对汽轮机的正常运行进行有效管理。本文就对热电厂汽轮机的振动问题进行分析，将汽轮机运行过程中的振动故障进行一一列举，并提出有针对性的解决方案，为热电厂汽轮机安全运行提供有效保证。
关键词：热电厂汽轮机；振动成因；解决对策
笔者对于热电厂汽轮机振动问题的分析将以中煤华晋集团晋城热电有限公司项目的设备为例，其项目内容属于晋城市供热规划及“蓝天工程”的重点项目和山西省“十一五”电源规划项目，在热电厂的汽轮机项目中非常具有代表意义。其工程项目所采用的是2×300MW燃煤空冷供热机组，这两台汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的型号为CZK300-16.7/0.4(0.343)/538/538，运行方式为单轴、双缸双排汽、高中压合缸、低压缸双流程中间再热空冷抽汽凝汽式汽轮机。具有运行效率高、可靠性强的特点。通过对此项工程的汽轮机运行的问题总结阐述，对热电厂汽轮机的振动问题进行一一分析，旨在为我国热电厂汽轮机的发展提供有效的参考借鉴。
1、热电厂汽轮机概述
汽轮机的工作原理将蒸汽的热能通过叶片转化为机械转动的动力设备，所以又被成为蒸汽透平设备。目前已经全面发挥了蒸汽机的发电设备，并且还可以被当做压缩机、风机等驱动设备进行使用。
1.1、工作原理
热电厂的汽轮机组具体工作原理为:将来自于锅炉的蒸汽进入到汽轮机后，将蒸汽的动力通过汽轮机的喷嘴与动力叶片进行转化，使蒸汽本身的热能通过旋转的方式转化为供机械设备运行的机械能。
1.2、结构部件及配套设备
汽轮机设备主要由两大部分组成，一部分为汽轮机组的静态部分，主要包括隔板、汽缸、汽封和进汽部分等。主要对锅炉的蒸汽热能进行有效存储保留。另一部分为汽轮机组的转动部分，作用是将蒸汽动能转化为机械旋转。主要部件包括叶片、叶轮、转动主轴、联轴器等。将压缩的蒸汽热能采用转动原理进行转化。一动一静实现了热电厂热能向机械能的转换。另外，由于汽轮机一般都处于高温、高压的运行环境中，设备的密封、耐高温都是属于精密类设备的范围，通流部分的完善程度影响到汽轮机的工作效率，同时锅炉、发电机、加热器、冷凝器的运行参数都会影响到汽轮机的工作效率。
1.3、供热汽轮机的特点
本文示例中所使用的汽轮机组，已经属于目前国内供热汽轮机的先进设备，正好发挥出山西晋城煤炭资源对热电厂发电的优势。燃煤空冷供热机组与传统的往复式蒸汽机相比较，能够充分满足煤炭在热电厂中使用的热效率。2018年晋城热电公司两台汽轮机高背压供热改造项目的实施，增加供热面积1000万㎡，增加供热量360万吉焦/年。项目投产后不但可解决小锅炉供暖造成的环保压力及市区热负荷增长需求，同时也缓解热电厂目前的因燃煤价格过高带来的经营困境，具有良好的社会效益、环保效益、经济效益。
2、热电厂汽轮机振动及振动测量故障成因分析及解决对策
汽轮机在运行过程中需要长时间在高压、高温的不间断工作，常会由于各种原因出现汽轮机的不稳定。一旦出现汽轮机的振动超标就表明在一些环节出现问题，振动问题的出现表明汽轮机的运行存在不合理因素，长时间的振动一定会造成更多的故障，甚至会影响到汽轮机的安全运行环境。对于汽轮机振动按照振动方向可将振动分为垂直振动、横向振动、轴向振动三种，每个振动问题的出现都应该进行高度重视，经过对热电厂汽轮机的运行监测，将振动问题主要归结为以下三类，下面就结合实际示例从具体方面进行展开分析。
2.1、设计制造方面
热电厂的汽轮机需要在高温高压环境中进行持续工作,也对设备制造提出了更高要求。目前在实际工作中由于制造问题造成的机组振动并不多见，但也是有出现的可能。最直接的原因就是汽轮机转子的重心与旋转中心的不重合，在快速转动中这一点的不平衡力会被放大造成转子运行的激振力，如果这个离心力过大也会引起汽轮机的振动，并且还会造成中部轴承的损坏。汽轮机在装配时就需要对每一级叶片进行平衡试验。试验时最好能够达到设备运行的低高速以及转换极限。确保汽轮机的转子平衡在一个合理的控制范围内。
厂家在汽轮机的制造过程中造成转子不平衡主要由两方面原因。一是在汽轮机叶片加工装配的精细度不够，这种高精密的机械设备对加工质量有很高的要求，所以必须时刻对机械加工的精密度进行检测控制。汽轮机设备在装配过程中的失误，主要有轴承选择不当、油膜形成不好、固定不足等。汽轮机的内部的安装也会影响到转子运行的不平衡。所以在工程前期最好对汽轮机进行工作检查，防止由于内部原因造成设备的运行不稳定。晋城热电#2汽轮机自投产以来轴系振动一直不稳定，在机组冷、热态启动时#1、#2瓦轴振动大，且该机组启动时多次因振动值超过跳闸值导致机组保护跳闸。运行阶段对轴系分别进行了三次动平衡均未解决上述问题，热电公司邀请国电电科院振动专家和上汽厂家对#2机组启动时轴系振动现象、相关参数历史曲线、各次转子动平衡块加装重量和相位、振动的变化情况等进行了详细分析和研究，认为高中压转子存在不同程度的弯曲，将转子返回上海汽轮机厂进行车削加工和高速动平衡试验，机组振动问题才得到彻底解决。
2.2、安装和检修方面
（1）对轮中心找正
汽轮机对轮找正严格按照厂家提供的转子装配图图纸数据要求进行找正。汽轮机转子中心找正内容包括转子与汽缸、隔板的同心度、轴系连接的对轮同心度。如果转子与汽缸、隔板同心度偏差过大，则可能会引起汽流激振和动静碰磨。若发生碰磨，则会使转子发生热弯曲而引起不稳定的强迫振动。当对轮法兰外圆与轴颈不同心、对轮法兰止口或螺栓孔节圆不同心、端面瓢偏、连接螺栓紧力不对称时，都会使轴系不同心。当转子处于旋转状态时，轴系同心度和平直度会直接产生振动的激振力，引起机组的振动。
（2）轴承标高
汽轮机的轴承是叶片转子运行的关键部件，在汽轮机转动过程中对两端起到一定的支撑。目前的汽轮机轴承安装、检修都是以生产厂家的设计和安装要求严格进行。如果汽轮机两端轴承标高不在厂家要求的范围内，将会导致轴承的承载负荷分配不均，长时间运行情况下会影响到转子系统的稳定。对于机组受热后标高的改变还存在一定的技术难度，还需要根据生产厂家的安装要求进行合理科学调整。做好厂家与企业工程之间的联系确保轴承标高这种高精度技术的处理。
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（3）动静间隙
为了保证汽轮机在转动过程中转子运行对其他设备的影响，汽轮机转子与汽缸隔板、轴端汽封通常存在一定的动静间隙，为了保证转子叶片的高速运转不受影响，但是在机组大修完开机过程中，持续性运转的同时轻微的摩擦会使这种动静间隙增大，影响到转子周围设备的固定作用，当动静间隙超出设计要求会使振动增大，降低汽轮机的工作效率。但是间隙过小也会增加转子运行的摩擦力，加大轴承的损害，所以在汽轮机转动轻微振动的影响下要尽可能减少周围环境变化对振动的增大影响。检修中做好动静设备之间的间隙检查，合理调整汽轮机静止部件和转动部件之间的间隙对整体运行稳定尤为重要。
（4）滑销系统
不管时汽轮机还是发电机都需要借助高速机械运动进行运行。当转动机组长时间运行后必然会出现受热膨胀，但是高精密设备设计不能让其随意膨胀。滑销系统就是为了引导机组零件的受热膨胀，通过对滑销系统的卡涩故障处理来引导机组的正常膨胀，但是在膨胀限制过程中也会影响到机组设备的正常运行产生振动，严重时甚至直接会限制机组设备的正常运行。因此一方面要做好机组设备运行的散热处理，保证运行过沉重转动机组不会出现过热问题，另一方面提升滑销系统的性能，使其能够有效对机组的膨胀进行快速处理，对机组设备滑销系统的安装检修进行高度重视。2019年晋城热电厂#2机组因为滑销系统前箱底部L键固定螺栓松动造成前箱倾斜前翘，造成偏心、键相热控测点突变，重新调整滑销系统L键底部间隙后，机组运行正常。
（5）转子结垢
环境中的污染物质经常会对转子产生新的质量不平衡，所以除了对汽轮机正常的维修管理外，还需要定期对汽轮机转子叶片上的结垢进行清理，在进行除垢工作时尽量不要出现碰撞影响到转子叶片的质量，同时要对整个转子设备进行全面清理，防止由于除垢工作造成转子设备的质量不均，这种现象也是影响振动问题的一个因素。
（6）转子中心孔
现代汽轮机所使用的转子大轴都留有中心孔，中心孔的两端一般都是密封状态，目的是为了让机械能可以更加高效的输送到转子系统内，但是在检修期间也会出现一些异物、液体的进入。当转子装置重新开机后内部异物如果进入到轴承内也会影响到汽轮机运行。
（7）活动部件
活动部件的影响一直都是汽轮机运行管理的重点内容，虽然各个公司对于汽轮机的外部运行都要有非常严格的要求，但活动部件的使用还是存在一定的风险，如果在安装维修期间有活动部件进入到汽轮机或者发电机中，在高速叶片的冲击下必然会造成汽轮机设备的损坏，甚至引发机组的运行事故。如果活动部件进入到发电机中，则会导致带电机内部短路影响到整个设备的稳定性，所以在安装检修过程中一定要对活动部件进行严格管理，工作前后对所携带的活动部件进行清点。防止人为因素的疏忽造成汽轮机的故障。
2.3、机组运行因素
（1）机组膨胀
上文已经提到机组的受热膨胀需要滑销系统的限制。滑销系统的限制只是从约束层面进行机组膨胀的管理。机组的膨胀很大程度上是由于操作人员的处理不当产生的，最直接的例子就是我们平常所使用的汽车发动机，启动后都需要进行发动机预热。如果汽轮机升速过快就会造成很大的温度差产生过大膨胀。从而影响滑销系统与汽轮机的运行稳定。所以运行人员在操作过程中要尽可能减少汽轮机的剧烈操作，给汽轮机留有一定的膨胀空间时间，让滑销系统能够发挥作用，而且还能够增长汽轮机组的运行寿命。
（2）润滑油温
轴承与汽轮机转子运行过程中都需要借助润滑油的润滑，润滑油性能会对汽轮机转子、轴承的稳定性起到重要作用。但是润滑油也很容易受到外界环境的影响，油温过低时油的粘度增加，会使润滑油在轴瓦内形成油膜过厚，过厚的油膜承载力低，而且不稳定；温度过高油的粘度过低，形不成油膜，又会增加润滑油的消耗，两者都会影响到润滑油在汽轮机的作用，增加汽轮机运行的摩擦力产生振动，所以需要将润滑油油温控制在一个合理范围内来提升转子轴承运行的稳定性。
（3）机组真空和排汽缸温度
机组真空与排汽缸温度两者是相互联系的。其中一个因素的变化必然会对另一个因素造成影响。机组真空的压强需要让排缸温度保持在一个合理范围内。当汽轮机的轴承座安排在排汽缸上时，排汽缸的温度变化还会影响到轴承标高。机组真空严密性会影响到机组的经济性。
（4）发电机转子电流
除了发电机转子转动产生热量外，发电机的转子电流运输也会产生热能，这部分热量会使发电机转子产生热量，导致转子产生膨胀，造成发电机转子在运行过程中的不平衡力矩阵发生改变。从而影响到机组转动的振动问题出现。当发电机转子自身存在膨胀问题时，需要将发电机转子恢复到冷态状态下，保证发电机转子运行的平衡。另一方面，发电机内部转子电流导致的膨胀问题，很有可能是由于内部转子存在短路情况，所以当运行过程中发现电流导致电力转子放热过大的现象时，及时进行发电机设备的检查。确保后转子内部电流的安全后在进行振动问题的排除。
（5）汽轮机内部断叶片
汽轮机如果发生强烈的振动问题时，很有可能是由于转子不平衡或者转子叶片被严重损坏，所以一旦出现严重振动问题时首先就要进行转子平衡与叶片质量的检查。一些较大容量的高中压转子的中间级容易发生断裂，而且在机组外侧难以察觉到叶片断裂振动，但是在启动初期和停机过程中能够明显感受到叶片的故障。
2.4、汽轮机的整体运行维护管理
（1）规范汽轮机组的管理要求
近几年我国热电厂的快速发展已经形成了一个标准的汽轮机管理要求，国外相关行业规范和标准也可以做为我国电力行业的参考指数，汽轮机安装使用应该根据电力行业的（DL5011-92）进行专业化管理，发挥热电厂汽轮机设备的运行管理的先进性、可靠性、可操作性。
（2）建立专业维修部门与认证机构
汽轮机的振动管理涉及到生产厂家、热电厂、维修公司的一体化管理，一些振动问题的解决需要从汽轮机的整体化检测。所以不可能只通过汽轮机的管理部门进行解决，应该建立一个涉及到汽轮机厂家、企业后勤、维修公司的管理部门，能够对汽轮机的振动问题有一套成熟的解决方案，发挥出集中人力与专业维修人员的优势。同时对汽轮机设备与零件商的提供商进行质量认定。根据国家质检机构的认可进行汽轮机维修公司的选择，保证热电厂的汽轮机维修管理可以有一套成熟的解决方案。
（3）安装相应的测震装置
汽轮机运行的振动问题最好通过测震装置的检测进行记录，一些大型的汽轮机组难以通过人工发现运行过程中的振动问题，在汽轮机的轴承、轴瓦、轴承盖等位置安装相应的传感器，对汽轮机的振动进行记录，一旦发现异常的振动波动就需要进行及时检查，不放过汽轮机运行的任何一个细微问题。
3、结语
综上所述，本文以热电厂汽轮机的振动问题分析主要从三个方面进行展开，通过对设计制造、安装检修、机组运行的分析，为热电厂的汽轮机运行与振动问题进行全面解读。汽轮机作为目前热电厂普遍使用的发电汽流设备，相比于上一代的蒸汽机有了非常大提升，汽轮机所具备的持续运作动力、大流量蒸汽的特点为热电厂提供了更加高效、稳定的动力输出。同时对于一些高温、高压环境下的热传递效率也更高，为热电厂的发展提供了更加可靠、安全、稳定的空间。
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论文作者:王兵员
论文发表刊物:《科技新时代》2019年4期
论文发表时间:2019/6/17
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