汽輪機(jī)多大振動才會引起部件疲勞損壞？

各種形式汽輪發(fā)電機(jī)組，動靜部件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜多變，其振幅（變形）兩只不是動應(yīng)力的單值函數(shù)，因此只憑振動幅值對這些部件做出疲勞與否的結(jié)論，顯然不科學(xué)。但從大量機(jī)組運行經(jīng)驗統(tǒng)計總結(jié)歸納中，可以得到下列經(jīng)驗。

1.1振動過大的含義

就汽輪發(fā)電機(jī)軸承振幅而言，平常所說的、實際機(jī)組可能發(fā)生的振動過大，有以下三種含義：

1.大于50μm，小于120μm。這是現(xiàn)場較常見的額定轉(zhuǎn)速下機(jī)組振動過大。

2.大于120μm，小于300μm。這種振動對于額定轉(zhuǎn)速為3000r/min的機(jī)組，在工作轉(zhuǎn)速下，不能長時間運行。有些機(jī)組啟停，通過轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時都會頻繁發(fā)生。

3.大于300μm。如果振動是低頻的油膜振蕩和分諧波共振，發(fā)生在發(fā)電機(jī)軸承上，短時間內(nèi)運行不會引起明顯的損壞；但如果是基頻振動，在額定轉(zhuǎn)速下，會引起重大惡性事故，例如大軸彎曲和軸系破壞事故；如果發(fā)生在汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下，也將會引起彎軸事故；如果發(fā)生在轉(zhuǎn)速較低的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子已節(jié)臨界轉(zhuǎn)速下，即使對發(fā)電機(jī)沒有產(chǎn)生明顯的損傷，但因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大不平衡會引起汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動顯著增大，引發(fā)和加重轉(zhuǎn)軸碰磨，誘發(fā)彎軸事故。

上述三種振動本書分別以振動過大、強烈震動和大振動三個名詞概括。

作為討論引起部件疲勞的振動而言，顯然只包括振動過大和強烈震動兩種情況，因為大振動在機(jī)組長期運行中不平可能存在，這種振動若是基頻，即使發(fā)生時間較短，在部件未出現(xiàn)疲勞之前，建會發(fā)生重大振動事故。

1.2振幅值與部件疲勞的關(guān)系

由長時間大量的機(jī)組運行經(jīng)驗統(tǒng)計得知，因振動引起的部件疲勞與振幅值直接有關(guān)，其規(guī)律有：

1.機(jī)組任何部件，不論其形狀、結(jié)構(gòu)如何，對于工作轉(zhuǎn)速為3000r/min的機(jī)組，但振動頻率小于或等于基頻時，軸承或部件三個方向最大振幅小于120um時，在長期運行中這些部件不會發(fā)生疲勞損壞。

2.對于剛度較大的部件，例如軸承座，當(dāng)某一方向最大振幅超過150um時，在長期運行中與其他部件連接處，將會產(chǎn)生疲勞損壞，例如軸承座固定螺絲、二次灌漿等。

3.對于剛度較小的一些部件，例如管子、與軸承座不直接相連的發(fā)電機(jī)鏡子端蓋，當(dāng)某一方向振動超過250um時，產(chǎn)器運行后會使這些部件與剛度大的部件連接處發(fā)生疲勞損壞，例如管子與軸承座連接處、發(fā)電機(jī)端蓋與技術(shù)的連接螺絲等。 

汽輪機(jī)軸系扭轉(zhuǎn)振動致疲勞損壞？

  電力系統(tǒng)的某些故障和運行方式，往往導(dǎo)致大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)振動，以致造成軸系某些部件或聯(lián)軸器的疲勞損壞。

     軸系扭振是指組成軸系的多個轉(zhuǎn)子，如汽輪機(jī)的高、中、低壓轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子等之間產(chǎn)生的相對扭轉(zhuǎn)振動。隨著汽輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量增大，軸系的功率密度亦相對增大，以及軸系長度的加長和截面積相對下降，整個軸系成為一個兩端自由的彈性系統(tǒng)，并存在著各種不同振型的固有的軸系扭轉(zhuǎn)振動頻率。同時隨著大電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和輸電技術(shù)愈趨復(fù)雜。由于這兩方面的原因，電力系統(tǒng)因故障或運行方式的改變所引起的電氣系統(tǒng)與軸系機(jī)械系統(tǒng)扭振頻率的耦合作用，將會導(dǎo)致大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)振動，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運行。

     一是電氣或機(jī)械擾動使機(jī)組輸入與輸出功率（轉(zhuǎn)矩）失去平衡，或者出現(xiàn)電氣諧振與軸系機(jī)械固有扭振頻率相互重合而導(dǎo)致機(jī)電共振。

     二是大機(jī)組軸系自身所具有的扭振系統(tǒng)的特性不能滿足電網(wǎng)運行的要求。因此，無論產(chǎn)生的原因如何，從性質(zhì)上又可將軸系扭振分為：短時間沖擊性扭振和長時間機(jī)電耦合共振性扭振等兩種情況。

     可以從設(shè)計制造、運行方式，機(jī)—電配合、在線監(jiān)測等幾個方面針對不同的情況采取相應(yīng)的措施。

     是指包括汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振頻率、繞組的設(shè)計、選材、工藝和機(jī)械加工以及輸電系統(tǒng)的線路的結(jié)構(gòu)方式、繼電保護(hù)、控制手段以及串聯(lián)電容補償方式的設(shè)計與選擇等。

     例如：軸系的結(jié)構(gòu)尺寸和剛度要考慮避免機(jī)—電諧振合拍，使軸系固有的扭振頻率避開對應(yīng)出現(xiàn)的諧振頻率，一般倍頻要求避開±7HZ，工頻要求避開±15HZ。電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計如需采用串聯(lián)電容補償方式，在考慮滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，還要考慮避開可能出現(xiàn)的激發(fā)軸系扭振的諧振頻率或采取相應(yīng)的抑制措施。

     是指在滿足輸電的條件下，盡量避免采用前述的可能導(dǎo)致高軸系扭振應(yīng)力的運行方式。例如，盡量避免使機(jī)組輸出的有功功率發(fā)生±0.5（標(biāo)么值）突變量的正常線路的切合操作（包括甩負(fù)荷）。

     是利用機(jī)組扭振在線監(jiān)測裝置準(zhǔn)確測量系統(tǒng)沖擊所造成的軸系扭振的損傷國外的一些大型汽輪發(fā)電機(jī)組，根據(jù)系統(tǒng)的需要所配備的扭振在線監(jiān)測裝置（簡稱TSA，于1977年在歐洲投入使用），是防止機(jī)組出現(xiàn)過大扭應(yīng)力和疲勞損傷的有效手段。

     對于運行人員來說，軸系扭振不象機(jī)組的橫向機(jī)械振動那樣易于感受和發(fā)現(xiàn)，但應(yīng)注意遇到電力系統(tǒng)大的擾動如發(fā)電機(jī)短路、機(jī)組甩負(fù)荷等可能造成的軸系扭振損壞。

     經(jīng)驗證明：在軸系扭振造成軸系某些部件損壞時，都伴隨著機(jī)組振動的變化。嚴(yán)格監(jiān)視機(jī)組的振動變化，尤其是機(jī)組受到電力系統(tǒng)重大擾動時引起的振動變化，在一定程度上可以監(jiān)督軸系的扭振造成的軸系損壞。