【分享】多大振动会引起汽轮发电机组部件疲劳损坏,如何避免?

各种形式汽轮发电机组,动静部件结构形状复杂多变,其振幅(变形)两只不是动应力的单值函数,因此只凭振动幅值对这些部件做出疲劳与否的结论,显然不科学。但从大量机组运行经验统计总结归纳中,可以得到下列经验。

一、振动过大的含义
就汽轮发电机轴承振幅而言,平常所说的、实际机组可能发生的振动过大,有以下三种含义:
1.大于50μm,小于120μm。这是现场较常见的额定转速下机组振动过大。 
2.大于120μm,小于300μm。这种振动对于额定转速为3000r/min的机组,在工作转速下,不能长时间运行。有些机组启停,通过转子临界转速时都会频繁发生。 
3.大于300μm。如果振动是低频的油膜振荡和分谐波共振,发生在发电机轴承上,短时间内运行不会引起明显的损坏;但如果是基频振动,在额定转速下,会引起重大恶性事故,例如大轴弯曲和轴系破坏事故;如果发生在汽机高压转子临界转速下,也将会引起弯轴事故;如果发生在转速较低的发电机转子已节临界转速下,即使对发电机没有产生明显的损伤,但因发电机转子大不平衡会引起汽轮机高压转子临界转速下振动显著增大,引发和加重转轴碰磨,诱发弯轴事故。
上述三种振动情况分别以振动过大、强烈震动和大振动三个名词概括。
作为讨论引起部件疲劳的振动而言,显然只包括振动过大和强烈震动两种情况,因为大振动在机组长期运行中不平衡可能存在,这种振动若是基频,即使发生时间较短,在部件未出现疲劳之前,建会发生本章第二、第三届讨论的重大振动事故。
二、振幅值与部件疲劳的关系
由长时间大量的机组运行经验统计得知,因振动引起的部件疲劳与振幅值直接有关,其规律有:
1.机组任何部件,不论其形状、结构如何,对于工作转速为3000r/min的机组,但振动频率小于或等于基频时,轴承或部件三个方向最大振幅小于120um时,在长期运行中这些部件不会发生疲劳损坏。
2.对于刚度较大的部件,例如轴承座,当某一方向最大振幅超过150um时,在长期运行中与其他部件连接处,将会产生疲劳损坏,例如轴承座固定螺丝、二次灌浆等。 
3.对于刚度较小的一些部件,例如管子、与轴承座不直接相连的发电机镜子端盖,当某一方向振动超过250um时,产器运行后会使这些部件与刚度大的部件连接处发生疲劳损坏,例如管子与轴承座连接处、发电机端盖与技术的连接螺丝等。
三、上面分析了不同的振动程度对机组静部件疲劳损坏的影响,并指出了在那些部件首先发生疲劳损坏,根据这些分析,下面讨论具体的防止动静部件疲劳损坏的对策。
1、消除振动过大
查明振动故障原因,消除振动过大,是防止动静部件疲劳损坏最直接和有效的措施。特别是当轴承振动超过150um的机组,不能长时间运行,应尽快查明振动原因并消除。
2、所有运行机组应定期监测轴承三个方向振动
在电力技术法规中明确规定“机组振动以额定转速下空负荷,不同负荷和满负荷下,各轴承中三个方向最大振幅,作为评定机组振动状态依据,”但目前国内由于较多的进口和引进机组投入运行,制造厂对这些机组振动都作出了不同的规定,例如以转轴绝对振动为准,也有以转轴相对振动为准,尽管这些转轴振动能反映机组振动状态,但从防止动静部件疲劳损坏来说并非有效和直接的。例如,华能某厂一台美国G.M350MW机组,电厂按制造厂要求,在其运行规程中规定,转轴绝对振动125um报警,250um打闸停机,对轴瓦振动未作规定。1994年该机低压转子后瓦轴振逐渐增大到140um,运行3个月后进行消振,在调整轴系平衡时发现,排气缸导流板中分6个M30的螺丝有三个完全断裂,有两个裂纹深度以达1/4d,如果继续运行下去,6个螺丝全部断裂后,导流板会倒在排气缸内,并与末级叶片直接相碰,毁机事故恐怕难免。
引起导流板中分面固定螺丝疲劳断裂的原因,是该侧排气缸存在明显轴向共振,因此当其转轴绝对振动140um时,该瓦垂直振动虽然只有55um,但轴向振动已达120um,排气缸顶部轴向振动高达350um。从而引起排气缸内导流板大振动,致使中分面固定螺丝产生过高动应力。所以对任何运行的机组,只监测某一方向转轴振动或瓦振,从防止动静部件疲劳损坏来说是不够的。
为了防止轴承座固定螺丝疲劳断裂进一步发展,对于振动过大的轴承座,一时无条件消振处理的,应定期监测和记录其振动;当发现振动显著增大时,应检查其固定螺丝,以防其余螺丝全部断裂,像钴炉风机一样,造成毁机事故。
3、监测轴承座周围部件的振动
某些轴承振动虽不大,但周围部件有共振,在某一方向产生过大或强烈振动,例如与轴承座共用基础台板的励磁机静子,发电机端盖等,还有与轴承座相连的管子,当这些部件振动过大时,一方面设法减少机组振动,另一方面设法减少机组振动,另一方面采用增加支架,加固或其他消振方法减少其振动,防止这些部件疲劳损坏。
这里应指出,测量质量较小的部件振动时,例如直径较小的管子,采用一般速度传感器测量,因附加质量影响,这些部件振动衰减很大,因此测量值比实际值小得多。
4、应格外关注三支承轴系和组合式转子的机组振动的变化
上述指出,机组振动过大会使三支承轴系和组合式转子连接螺栓产生较大的交变应力,当其中一个或几个连接螺栓断裂时,造成转子挠曲增大,使其不平衡振动增大,若不能及时发现和处理,将会引起轴系破坏事故。防止这类事故的有效措施之一,是定期监测和记录轴承或转轴振动,当振动发生显著变化,而且随有功或励磁电流增大,振动明显增大时,应查明原因,必要时停机检查连接螺栓。
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