给水泵汽轮机振动异常的分析与处理

给水泵汽轮机振动异常的分析与处理

岳耀富

中国电建集团核电工程有限公司，山东济南 250000

摘要：汽轮机振动故障是一种比较常见的问题，并且不容易解决，有诸多因素会对汽轮机启动过程产生影响，从而导致振动故障问题发生，要想有效解决振动故障问题，首先就要找到振动故障出现的原因，然后才能采取相对应的措施将问题解决。

关键词：汽轮机；振动故障；原因分析；处理措施

引言

随着国家“双碳”政策的逐步落地，煤电面临的节能减排压力也越来越大，正在由电量型电源向调节型电源转变。在此过程中，汽动给水泵组将经常性地在宽负荷范围内运行，转速升降也更加频繁，对给水泵汽轮机的运行稳定性要求也会越来越高。

1火力发电厂汽轮机驱动给水泵的简介和原理

火力发电厂主要是通过利用煤或者其他可燃物作为发电的动力燃料，再借助各种设备将燃料燃烧过程中所产生的热能进行一系列的转化，最终变为电能的工厂。火电厂生产过程中的能量转化形式为：通过加热水形成高温水蒸气将化学能转化成热能，再通过高温水蒸气膨胀产生的压力来带动小型汽轮机旋转，这一过程完成了热能转变成机械能的能量形式过渡，最后通过汽轮机转动带动发电机旋转完成机械能转变成电能。大型火力发电厂通常使用燃气轮机和蒸汽机作为化学能转热能的原动机，小型火电厂一般使用内燃机作为原动机，但其工作原理相同，都是由高温、高压的蒸气和燃气，并利用冷凝水或平透技术来降压发电。在大容量和高参数的超临界机组中，依靠其可靠的安全性能够保证电站设备安全运行。然而，由于行业内对给水泵汽轮机的负荷适应性、自动化水平、安全性等方面有很高的要求，百万千瓦等级的汽轮机只有少数公司能够制造。给水泵汽轮机的工作情况与凝气设备、主机的热力系统和被驱动的给水泵有关。火电厂使用的汽轮机包括驱动给水泵的小型汽轮机在内，其作用都是为了将燃烧的热能转换为推动部件运行的机械能，所包含的组成部件有气缸、隔板、气阀、调节阀、轴承和转子等，其样式以凝气模式、背压模式和背压抽气模式这3种形式为主。

2给水泵汽轮机振动异常

根据汽轮机组运行状态，攻关小组组织有关工程技术人员进行讨论分析，汽轮机发生振动可能有以下原因。（1）转子存在间歇性动静摩擦现象，汽封、轴封、油封间隙小，动静摩擦造成转子局部温度上升，导致振动上下波动。（2）轴封泄漏量大，压力较高，造成转子局部温度升高，油封、轴封处温度升高，部分回油泄漏结焦与转子轴径产生摩擦，导致振动波动。在运行过程中，轴封泄漏量一直处于偏大状态。（3）蒸汽品质较差，做完功的蒸汽压力降低后含水量较多，对末级叶轮造成冲击，导致转子失衡，振动上涨，长期的冲刷导致叶片发生断裂。（4）汽轮机末级叶片存在设计上的缺陷，受力不均匀，部分叶片强度不符合要求，导致部分叶片断裂，使机组振动上涨异常。（5）此汽轮机设计为抽凝式汽轮机，动力主蒸汽为8.83MPa过热蒸汽，抽汽设计为3.8MPa蒸汽并入蒸汽管网供用户使用。因为管网现有负荷问题，机组抽汽一直没有投用。汽轮机抽汽没有投用，造成了抽汽后叶轮负荷增大，温度上涨，运行条件恶劣，长期在这种高负荷状态下运行，使叶轮的金属性能发生改变，促使叶片发生松动断裂、脱落的现象。（6）开停车升降温速率不合格，致使机组金属发生塑性疲劳变形，导致气缸位移，转子平衡状态发生变化，汽轮机振动异常上涨，致使叶片松动掉落。

3给水泵汽轮机振动异常的处理 

3.1气流激振现象的处理方法

因为汽轮机在启动过程中出现振动故障的原因有多种，所以首先需要分析振动故障出现的具体原因，然后再根据原因采取合适的振动故障处理方法。在处理气流激振引起的振动故障问题时，首先要针对汽轮机的实际情况进行全面分析，充分掌握气流激振的变化情况，同时还要将分析和观测结果详细记录下来，然后找出气流激振现象出现的具体原因，在这个过程中还应收集汽轮机的振动数据，并将这些数据作为绘制曲线图的重要依据，接着分析汽轮机的振动变化情况，将变化的具体范围和方向确定下来，最后找出气流激振现象产生的原因，根据实际原因采取针对性措施进行控制。此外，严格控制汽轮机的负荷变化，合理调节进气阀的开度，控制进气量大小，使气流激振维持在正常负荷范围内，也是解决气流激振问题的有效方法。

3.2节能分析

节能减排是当今时代的主题，火电厂的给水泵汽轮机正是切合这一主题所诞生的产物。从节能这一主题出发，该汽轮机的节能性主要体现在以下几个方面。第一，在工作过程中，通过关闭出口阀门的方式，可有效减少冷水泵工作时因节流而造成的损失，从而减少内部热量流失。在汽轮机进行额定功率作业时，因为蒸汽机蒸汽出口的水蒸气以额定速度排出，所以转子的转速也是匀速的。使用这种汽轮机可以通过减少转子的速度来降低汽轮机整体的能源损耗，提高火电厂给水泵的能源利用效率。第二，在抽取和引用给水泵中的水时，汽轮机的设备部件功率可以经过人为调节和系统自动控制，来确保给水泵在额定的功率内作业。火电厂的汽轮机在运转作业过程中，在液态水到锅炉加热升温转变为气态水蒸气前，要先使用给水泵获取水，再将水引入到锅炉，由调节系统控制流速，汽轮机系统自动控制作业功率，从而在确保实现水的加热这一基本功能的同时，实现对热能的高效利用。第三，通过给水泵的改造来大幅度提升使用效率，根据在实际作业中水泵的水流量容积和速度来测定给水泵中的水流量，从而依照实时数据人为调整汽轮机的功率，使整体设备作业时更加高效。根据固定算法，相关工作人员也可以在实际测量前推演出一套模拟的数据，并通过将实际参数与模拟参数相比较，根据其中的参数差异对比数值来改造设备。由于系统疏漏而产生的电力能耗问题，也可以利用实际与模拟的参数差异比较的方法来制定相应措施，从而节约发电厂在发电作业时的电力资源，增加火电厂对能源的利用率。因此，只有把握好火电厂系统中给水泵驱动汽轮机的每一个环节，才能降低火电厂运营成本，提高经济效益，节约能耗资源，充分发挥出给水泵的超高运作效率。

3.3摩擦振动故障的处理方法

在处理汽轮机摩擦产生的振动故障问题时，需要加强对涡动和抖动现象的重视，将这两种现象作为重点关注内容，做好涡动和抖动现象的监测和分析工作。在启动汽轮机的过程中，如果出现碰撞问题，应及时降低机组的运转速度，使其在低速状态下慢慢磨合。如果振动频率不在规定的范围内，应及时关停机器，让机子的温度慢慢回升，等温度达到一定程度而且转子可以正常弯曲的时候再次将机器启动。通过这种方法，一般都可以将摩擦现象消除。需要注意的是，不可使用“冲临界”方法，让机组被迫开启，这样会对汽轮机的大轴造成不可逆转的影响，导致大轴出现永久弯曲的问题。

结语

（１）经过高速动平衡试验，转子临界转速下的振幅由１０３μｍ降至２７μｍ；额定转速５　４００ｒ／ｍｉｎ左右，振幅由８８μｍ降至３１μｍ；高速动平衡试验起到了良好的效果。（２）给水泵汽轮机的长期变工况、变转速运行会使转子的质量分布发生变化，最终导致不平衡质量发生变化、振幅增加。（３）高速给水泵汽轮机检修后的低速动平衡试验可作为临时解决措施，但是不能替代高速动平衡试验。

参考文献

[1]李宽宽.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术探索[J].中国设备工程,2020,439(3):160-162.

[2]柳磊，马国伟，王新良.基于轴瓦稳定性分析的合缸汽轮机1号轴瓦振动故障研究[J]. 东北电力技术,2020,448(10):59-62.