气温和排汽温度变化对机组振动的影响

徐 俊

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部，上海 200540)

中国石化上海石油化工股份有限公司热电部(以下简称热电部)5#汽轮机组是向生产装置供热供电的关键机组，汽轮发电机组振动的大小直接关系到机组能否安全运行，而对于热电部来说安全运行就是最大的经济效益。机组的设计制造、运行、安装和检修等都是可能引起机组振动过大或者不正常的原因，也有运行方面的原因，还有安装和检修等。环境温度变化也会对螺栓螺母紧力产生影响，导致机组振动不正常。机组真空度和排汽缸温度是相辅相成的，其中一个因素的变化必然引起另一个因素的改变。对于轴承座坐落在排汽缸上的机组来说，排汽缸温度变化的影响主要表现在轴承座标高上，所以会对机组的振动产生影响。国内外少有研究气温对机组振动的影响的文献，文章拟从气温和排汽温度入手，分析其对汽轮机异常振动的影响，并提出针对性的解决措施。

1 气温和排汽温度变化对振动的影响

1.1 气温变化对振动的影响

2018年12月5日，气温大幅下降6 K，9∶05 5#机2瓦的轴向振动从48 μm上升到92 μm。将电负荷从85 MW减至75 MW，低抽从80 t/h减至65 t/h，中抽出系，调整均无效。12月6日，对润滑油油温进行调整，从38 ℃提高到42 ℃，2瓦轴向振动还是没有下降趋势。

2018年12月28日,气温下降至零下3 ℃，11∶30就地实测5#机5瓦轴向振动61 μm，DEH内Y向振动从36 μm上升至43 μm，14∶45 5#机2瓦轴向振动就地实测也上升至87 μm。将周围门窗关闭，坏的窗用铁皮封住，在地脚螺栓螺母处用保温覆盖，15∶45 5#机2瓦轴振动开始下降，就地实测为64 μm。

1.2 排汽温度变化对振动的影响

2019年2月25日13∶30，5#机凝汽器乙组消缺后投入运行，排汽温度开始下降，14∶30 5#机5瓦轴向测得的振动为76 μm,19∶00 5#机2瓦轴向实测100 μm，将电负荷从76 MW减至72 MW，仍无效果。22∶00 5#机加负荷至75 MW，2#瓦轴向振动下降至88 μm。对比5#机凝汽器乙组投入前后真空排汽温度变化情况，真空从96.1 kPa上升至96.8 kPa，左/右排汽温度从35/37 ℃下降至33/35 ℃。

排汽温度和轴向振动关系见图1。

图1 排汽温度和轴向振动的关系

由图1可以看出：排汽温度为25～27 ℃时2瓦轴向就地实测为130 μm，随着排汽温度上升振动下降明显，排汽温度为36～38 ℃时下降至36 μm，排汽温度和轴向振动存在较强的对应关系。汽轮机运行中振动突然增大原因有很多，需逐一排查以确定运行中机组振动上升主要原因。

2 运行中振动突然增大的原因分析

2.1 转子质量不平衡引起的振动

(1)动静部分摩擦或局部碰撞。动静碰摩产生的振动，主要是指碰摩发生的转轴处产生热弯曲而引起不平衡振动。动静碰摩可以引起摩擦抖动，摩擦涡动使转子热弯曲而产生转子不平衡振动。

(2)弹性弯曲而引起的振动。这种振动表现为轴向振动，尤其当通过临界转速时，其轴向振幅增大得更为显著。

(3)油膜不稳定或受到破坏从而引起振动。润滑油压过低或过高、油温过高或过低，使油膜破坏或发生油膜振荡，这将会使轴瓦乌金很快烧毁，进而引起因受热而使轴颈弯曲，以至造成剧烈的振动。

2.2 机组在运行中中心不正引起的振动

(1)汽轮机启机过程中，若暖机时间不够，升速或者加负荷过快，引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，导致汽缸相对于转子发生歪斜，机组产生不正常的位移，发生过大振动[1]。

(2)机组在运行中如遇真空度下降，引起排汽温度过高，后轴承上抬，破坏机组的中心，引起振动。台板的热胀冷缩对地脚螺栓和螺母压紧力的影响会降低轴承座的连接刚度[2]。

(3)机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，使汽缸变形增加，造成机组中心移动超过允许的限度，引起振动。水冲击引起大轴弯曲后振动，严重的甚至烧毁推力瓦。

(4)间隙振荡。当转子因某种原因与汽缸不同心时，可能产生间隙振荡，造成机组振动值升高。

(5)转子中心进油。在汽轮机转子中心孔内存油而未布满时，在高速旋转的离心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。当转子温度升高时，油与孔壁间产生热交换，油吸热而气化。由于不同厚度的油膜与孔壁间热交换程度不同，使转子径向产生温差，引起转子热弯曲，导致机组振动发生明显的变化。

3 气温变化和排汽温度变化对振动影响分析

从以上引起机组振动的原因分析看，调整负荷和油温均无效，排除转子质量不平衡引起的振动后，发现排汽温度过高，导致后轴承上抬，破坏了机组的中心，引起机组振动。气温下降，台板的热胀冷缩会影响对地脚螺栓和螺母的压紧力，降低轴承座的连接刚度。

在查找机组振动原因时,往往比较注重负荷、油温等参数的变化，很少将台板的热胀冷缩对地脚螺栓和螺母压紧力的影响纳入分析范围。一般情况下,发电机的地脚螺栓都是在常温状态下安装校紧的,运行后厂房温度上升，地脚螺栓和螺母压紧力更大。当厂房内温度较高时,螺栓螺母紧力增大；厂房内温度逐渐降低,地脚台板温度随之下降,台板收缩,厚度减小,螺栓螺母紧力减小。2018年12月28日，将周围门窗关闭，坏的窗用铁皮封住后轴承振动就开始下降,2瓦横向逐渐由87 μm下降到64 μm，说明厂房内温度上升，导致地脚螺丝热量不能很快散发,增大螺栓螺母的紧力。

机组真空和排汽缸温度是相辅相成的，其中一个因素的变化会引起另一个因素的改变。5#机2瓦位于高压排汽缸与低压外缸之间，排汽缸温度的变化主要表现在对轴承座标高的影响上，所以会对机组的振动产生一定的影响。凝汽器内建立真空时，在大气压力作用下，排汽缸和位于其上的轴承座会下沉，真空变化的过程中，排汽缸温度也会发生变化。5#机在凝汽器乙组投入后，真空和排汽温度发生变化，导致轴承振动上升，采取减负荷等措施后无效；增加负荷5 MW，排汽温度上升扰动后，2#瓦轴向振动从19∶30的120 μm下降至23∶00的88 μm。这充分说明调整后轴承座标高发生变化从而影响对中偏差，进而影响到轴承振动变化。

4 应对措施

(1)在气温变化剧烈的情况下，特别是降温明显的时候，要加强对机组振动的监测，关好门窗，防止环境温度变化使轴承座的热胀冷缩对螺栓螺母紧力造成影响，也可用保温包住螺栓螺母，保证螺栓螺母紧力。

(2)检查地脚螺栓紧力，必要时可采取机械紧固措施。

(3)在真空度和排汽温度变化时加强对机组振动的监测，真空度改变后，应立即测取振动值，稳定半小时后再测一次振动。

5 结语

汽轮机组长期在振动大的情况下运行，将增加不安全性，易引起金属材料强度的减弱或疲劳断裂、动静之间可能发生摩擦或碰撞、使轴承乌金脱壳，温度升高、汽机出力受到限制、使管道振动引起接合面等处泄漏。汽轮机组振动增大的原因比较多，因此在判断上有较大难度，运行中如振动增大则必须加强监督检查，应及时分析运行工作变化情况采取相应的措施降低振动。