摘要：针对近期某电厂汽轮发电机组因轴承振动大导致的机组恶性事故，汽轮发电机组的轴承振动大保护已不能单靠运行人员根据运行经验来决定是否采取措施，本文则介绍了空冷汽轮机振动大保护优化的方法，分别实现机组并网前后实时准确的保护投入，避免人为因素导致机组事故的发生，保障机组的安全稳定运行。
关键词：空冷汽轮机；振动；保护
空冷汽轮机轴瓦振动一直以来都是作为空冷汽轮机机组健康运行的参数，在大型空冷汽轮机组的运行中都会配备相应的轴承和轴瓦监视空冷汽轮机的运转，空冷汽轮机轴瓦振动的参数会直接影响到操作人员的技术水平和空冷汽轮机设备的运行健康情况，加强对空冷汽轮机轴瓦振动的保护可以保证设备的稳定和安全，由于空冷汽轮机在运行的时候是不能退出的，所以空冷汽轮机工作的时候如果空冷汽轮机轴瓦振动上升，操作人员需要根据实际情况分析原因，找出问题的解决对策。
1.空冷汽轮机运动特点
空冷汽轮机和常规的水冷空冷汽轮机相比，在相同的负荷工况和同样的气象环境条件下，具有较高的排汽压力和较高的排汽温度。大气环境温度的变化直接影响空冷汽轮机的排汽压力。环境温度变化频繁，幅度大，如大同地区全年最低气温零下27.5℃，最高气温可达32℃，对应的空冷汽轮机汽压力为3.9kPa和25.5kPa，相应的排汽温度为28.6℃和65.4℃。这样大的排汽汽压力和排汽温度变化范围，会影响到低压缸的热变形，造成座落在低压缸上轴承座标高发生变化，从而改变了各轴承原有负荷分配比例、油膜刚度和阻尼系数，破坏了轴瓦运行稳定性，甚至发生油膜自激振动，造成严重的振动事故，严重时会引起动静碰磨振动。因此，空冷机组高排汽压力和高排汽温度对机组的安全运行是不利的。
空冷机组可以节约大量发电用冷却水，同容量空冷和湿冷机组相比，全厂性节水可达65%以上。我国水资源严重不足，在富煤缺水的“三北”地区发展火电事业，空冷机组的开发利用展示了广阔前景，因而对空冷机组振动性能的研究显得尤为重要。
2.概述
我公司260万吨/年加氢裂化装置，驱动循环氢压缩机的空冷汽轮机K-101，在安装后的首次单机试车时，出现了空冷汽轮机轴振动过大的现象。试车工作很不顺利，不得不进行原因排查分析工作。空冷汽轮机K-101是由国内著名企业制造，机器型号为NG32/25，其主要性能参数见表1。机器由高精度电液控制系统实现操控。润滑油系统和控制油系统是一体的，与压缩机共用一套油站。两端轴封配有一套控制蒸汽泄漏的蒸汽抽汽冷凝系统。由于是背压机器，K-101的结构组成相对简单，转子上有7级动叶片。转子内部所有密封部位都是梳齿迷宫密封形式。两端支撑轴承都是椭圆瓦，推力轴承是金丝博雷瓦。空冷汽轮机配有本特利轴振动和位移监测系统。K-101采取两侧对称进汽结构，驱动蒸汽由厂内锅炉蒸汽管网提供，做功后的乏汽进入厂内管网回收。
表1空冷汽轮机性能参数表
K-101的理论一阶临界转速约为5500r/min、二阶临界转速在20000r/min以上，其升速曲线如图1。该型NG32/25空冷汽轮机是一款很成熟的机器，在炼油行业广泛应用于驱动高转速、大功率关键设备。K-101在出厂前的设计、制造、安装及调试等各个环节都比较顺利，测试的各项数据也都比较理想。
图1空冷汽轮机升速曲线图
3.空冷汽轮机轴瓦振动大原因分析
.31零部件松动与机组膨胀
空冷汽轮机轴瓦对空冷汽轮机中的转子起支撑作用，同时空冷汽轮机中的很大一部分部件处于高温工作状态下，当温度控制出现异常时，会导致空冷汽轮机中的部件发生不均匀膨胀，使空冷汽轮机转子变形，加大机组振幅甚至发生部件碰撞。在空冷汽轮机运行过程中，各种振动会使零部件发生松动，无法有效对空冷汽轮机中的部件进行约束，导致振动幅度变大，尤其是当空冷汽轮机转子发生零部件松动时，在空冷汽轮机运行过程中，会在转子高速旋转时产生离心力，导致空冷汽轮机不能满足平衡要求，加大轴瓦振幅。
3.2叶片变形及断裂
在空冷汽轮机运行过程中，大量叶片处于高温高压工作状态下，工作环境恶劣，空冷汽轮机经过长时间运行后，叶片会被水蒸气腐蚀，发生变形甚至断裂，这种情况会在两方面增大轴瓦的震动。其一是高温高压气体对故障部位进行摩擦，这会导致转子发生不规则震动，加大轴瓦震动，其二是叶片变形甚至断裂后，在空冷汽轮机运行过程中，将不满足转子的受力平衡要求，导致转子发生大幅剧烈震动。这种状况需要被尽量避免，在进行机组检查时需要重点关注。
3.3转子制造问题
在空冷汽轮机转子制造中，由于涉及结构多，在装配和零件生产中的各种误差会逐渐累加，最终造成转子质量分布不均，当空冷汽轮机投入运行时，这种不均匀的质量分配会导致转子发生震动，通常情况下，在转子未经过加热时，这种现象体现不明显。但是当转子被加热后，这些不均匀的部位会发生不同程度的变形，转子转动中会产生大幅震动，这些震动也会对轴承造成影响，会使转子的稳定性变差，加剧空冷汽轮机轴瓦震动，形成恶性循环。
4.空冷汽轮机轴瓦振动大的有效处理措施
4.1停机检查情况
如果空冷汽轮机轴瓦振动情况依然存在，所有的测试都做了也是一样，这个时候建议将空冷汽轮机进行停机检查，确定停机以后，先将空冷汽轮机轴瓦振动的探头拆除，如果空冷汽轮机轴瓦振动探头完好无损，同时在盘车的状态下，空冷汽轮机轴瓦振动的数值存在规律，基本上每隔二十秒就会存在一个峰值。经过对这一现象的分析，得知空冷汽轮机轴瓦振动的大轴有高点，可以吊开空冷汽轮机前轴承箱体仔细检查，如果里面有金属附着物，说明空冷汽轮机在长期的运行以来在空冷汽轮机轴瓦振动时，随着温度和环境的变化，油档梳齿和空冷汽轮机轴之间有了轻微的摩擦，当空冷汽轮机在高速旋转和高温摩擦之下，梳齿就会粘接在空冷汽轮机轴上，形成了一个高点。盘车的时候，就导致空冷汽轮机轴瓦振动情况呈现出有规律的波动模式，这种情况实际上运行是正常的，找到原因即可。
4.2机组膨胀与温度改进措施
机组膨胀由多种原因引起，从形成原因角度可分为滑销系统故障和温度控制不合格，所以要避免发生机组膨胀，可以从这几方面考虑，要对滑销系统进行定期检查，并在发现问题时及时修复和进行设施更换。而温度改进需要从多方面入手，在空冷汽轮机组运行前进行均匀预热，并要对缸体进行保温，除此之外，需要对润滑油温、轴封温度和排汽温度进行监测，当发现温度不满足工作要求时及时采取相应措施，可以通过建设自动控温系统满足这一要求。
4.3发电机电流与调门控制方式
空冷汽轮机轴瓦振动时发电机的电流会对振动造成一定的影响，主要产生在发电机侧面的轴瓦上，这种振动从空冷汽轮机一开始运行就存在，不是暂时性的，也不是突发的，所以根据实际情况可以排除这种隐患。空冷汽轮机操作人员可以对空冷汽轮机调门进行控制方式的调整，如果调整后发现问题依然存在，这个时候可以用手持式振动仪器对空冷汽轮机轴瓦振动进行测试，各个部位各个方向的振动情况都需要进行参数调查，将空冷汽轮机轴瓦振动参数数值进行调整，随后就会发现空冷汽轮机轴瓦就地振动影响不大，并且沿着垂直和水平的方向开始测试，当空冷汽轮机轴承的温度处于一定范围内的时候，就能判断出来这也许是测点的问题，这个时候操作人员可以与热控人员取得联系，着手修理即可。
结论
总而言之，经过全方面的研究和探析，得知影响空冷汽轮机轴承振动的几个原因，通过有效的排除法进行排除，最终得到了有效的处理，实现了企业的安全稳定生产，解决了故障的存在，实现经济效益的增长。
参考文献：
[1]吕新社.300MW空冷汽轮机轴瓦振动大原因分析及处理[J].机电工程技术，2013，42（12）：55-57.
[2]张清宇.空冷汽轮机轴瓦水平振动大的原因分析及处理[A].中国振动工程学会.2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集[C].中国振动工程学会：中国振动工程学会，2003：3.
论文作者:詹国强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：汽轮机论文; 轴瓦论文; 转子论文; 机组论文; 汽轮论文; 发生论文; 轴承论文; 《电力设备》2019年第7期论文;