某電廠350 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)分析

王 銳

（京能十堰熱電有限公司，湖北 十堰 442000）

0 引 言

某電廠汽輪機(jī)采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、單軸、中間再熱、三缸雙排汽、空冷單抽汽凝汽式汽輪機(jī)，高、中壓部分為分缸結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的高壓缸和中壓缸，低壓部分為雙流、雙排汽的低壓缸。高壓部分設(shè)計(jì)為雙層缸，低壓缸為對(duì)稱分流式，為三層缸結(jié)構(gòu)。中壓汽缸采用內(nèi)缸加隔板套的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)中壓汽缸設(shè)計(jì)成整體錐筒結(jié)構(gòu)。本文對(duì)調(diào)試期間1號(hào)機(jī)組出現(xiàn)的振動(dòng)處理過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，以便為同類型機(jī)組類似振動(dòng)故障處理提供參考。

1 首次并網(wǎng)期間4瓦、6瓦振動(dòng)分析

1.1 振動(dòng)過程

2018年02月04日1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)第一次沖轉(zhuǎn)，啟動(dòng)狀態(tài)為冷態(tài)啟動(dòng)，沖轉(zhuǎn)前：主汽溫445.3 ℃，主汽壓3.39 MPa；再熱汽溫432.3 ℃，再熱汽壓0.65 MPa，背壓21.8 kPa；07:33開始沖轉(zhuǎn)，07:58轉(zhuǎn)速1 200 r/min低速暖機(jī)；09:22汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速2 450 r/min，4Y振動(dòng)由14.97 μm開始下降，09:24汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速2 450 r/min，4Y振動(dòng)下降至10.66 μm后開始快速上升；4X振動(dòng)由36.75 μm開始下降，09:27下降至12.02 μm后開始快速上升；09:58降轉(zhuǎn)速，10:07轉(zhuǎn)速降至500 r/min，系統(tǒng)各參數(shù)正常，10：50軸系參數(shù)正常開始提升轉(zhuǎn)速。10:58轉(zhuǎn)速升至1 100 r/min，6瓦X/Y、5瓦X/Y振動(dòng)上升速度快，調(diào)整軸封低壓汽封溫度1至165 ℃、調(diào)整軸封低壓汽封溫度2～159.8 ℃，調(diào)整軸封溫度期間5瓦、6瓦振動(dòng)均有下降，但是下降一定范圍后開始迅速上升。12:24凝汽器低壓缸排汽溫度高汽機(jī)跳閘；13:09盤車投入，偏心22.18 μm。

19:02調(diào)整啟動(dòng)參數(shù)后：主汽溫393 ℃，主汽壓力4.5 MPa；再熱蒸汽溫度400 ℃，再熱蒸汽壓力0.87 MPa，背壓18.3 kPa；19:40機(jī)組定速3 000 r/min，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定無異常。

1.2 原因分析

1.2.1 4瓦振動(dòng)大原因分析

通過對(duì)比廠家啟動(dòng)曲線的沖轉(zhuǎn)參數(shù)，首次沖轉(zhuǎn)期間機(jī)組參數(shù)較廠家推薦參數(shù)偏高，廠家推薦的參數(shù)為主汽溫380 ℃，主汽壓8.73 MPa；再熱汽溫330 ℃，再熱汽壓1.1 MPa，但本次沖轉(zhuǎn)參數(shù)為主汽溫445.3 ℃，主汽壓力3.39 MPa；再熱汽溫432.3 ℃，再熱汽壓0.65 MPa，在沖轉(zhuǎn)期間4X振動(dòng)在轉(zhuǎn)速升至2 450 r/min后振動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)。通過振動(dòng)檢測裝置分析，結(jié)果為中壓缸后汽封（4瓦）從沖轉(zhuǎn)開始一直存在碰磨，沖轉(zhuǎn)期間4瓦相位角不穩(wěn)定，且始終伴有2倍頻（2X）分量。

根據(jù)二十五項(xiàng)反措要求，啟動(dòng)前蒸汽溫度必須高于汽缸最高金屬溫度50 ℃，但不超過額定蒸汽溫度，且蒸汽過熱度不低于50 ℃。如果沖轉(zhuǎn)參數(shù)偏離廠家要求值太大，沖轉(zhuǎn)期間容易造成機(jī)組受熱不均勻，引起動(dòng)靜碰磨，從技術(shù)上較難控制.這是本次沖轉(zhuǎn)4瓦振動(dòng)大的根本原因。

1.2.2 6瓦振動(dòng)原因分析

機(jī)組在啟動(dòng)極低負(fù)荷階段由于蒸汽流量少，汽輪機(jī)低壓缸存在鼓風(fēng)現(xiàn)象。汽輪機(jī)軸封供汽由輔助蒸汽供給，低壓軸封進(jìn)汽量少。為控制汽輪機(jī)低壓缸排汽溫度，低壓缸減溫水始終投入，在降低低壓缸排汽溫度的同時(shí)，也會(huì)對(duì)低壓軸封溫度造成干擾，使低壓軸封溫度不穩(wěn)定，導(dǎo)致軸封處金屬受熱不均[1]。這是造成5X、6X頻繁交替振動(dòng)大的原因。

沖轉(zhuǎn)期間，通過振動(dòng)檢測分析5X相位角時(shí)不穩(wěn)定，時(shí)有2倍頻（2X）分量擾動(dòng)。且5X軸心水平偏移量較大，約200 μm，垂直偏移量約95 μm，6X軸心水平偏移量較大，約160 μm，垂直偏移量約128 μm。

1.3 采取措施

（1）停機(jī)后復(fù)查汽輪機(jī)低壓缸減溫水霧化效果。

（2）清理低壓軸封支管進(jìn)汽管道濾網(wǎng)。

（3）低壓軸封支管增加疏水管道。

（4）加強(qiáng)低壓軸封進(jìn)入凝汽器部分豎直管道的保溫。

（5）確認(rèn)#5、#6瓦軸封支管的布置距離，調(diào)整低壓軸封支管長度，保證低壓缸前后軸封支管距離相等。

（6）嚴(yán)格控制啟動(dòng)參數(shù)，按照東汽廠家說明書要求執(zhí)行。

（7）建議對(duì)中壓缸后汽封進(jìn)行檢查。

（8）建議聯(lián)系東汽振動(dòng)專家到現(xiàn)場共同分析原因。

2 1號(hào)機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，2瓦軸振大

2.1 振動(dòng)過程

8月26日，1號(hào)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)后，在高負(fù)荷區(qū)2瓦軸振X、Y向多次發(fā)生振動(dòng)突升現(xiàn)象。第一次發(fā)生在8月27日11:49，當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷275 MW、主汽壓力21.15 MPa、溫度535 ℃，再熱蒸汽壓力3.63 MPa、溫度545 ℃，2瓦軸振X/Y向由28/19 μm突然上升，最大峰值達(dá)114/76 μm。12:13負(fù)荷296 MW，振動(dòng)回落至37/16 μm。截止9月29日13:40機(jī)組停機(jī)，共發(fā)生約17次明顯的振動(dòng)突增現(xiàn)象。汽機(jī)啟動(dòng)過臨界至3 000轉(zhuǎn)，帶低負(fù)荷軸瓦振動(dòng)值優(yōu)良，在260 MW、280 MW、310 MW及350 MW不同負(fù)荷都出現(xiàn)過低頻振動(dòng)。

2.2 原因分析

查相關(guān)數(shù)據(jù)，2瓦軸振X/Y向振動(dòng)突增時(shí)，0.5倍頻分量增大較多。在9月29日23:41的振動(dòng)突增時(shí)，2瓦軸振X向，通頻振幅127 μm、0.5倍頻振幅為119.97 μm、倍頻振幅為17.6 μm；2瓦軸振Y向，通頻振幅79.07 μm、0.5倍頻振幅為71.95 μm、倍頻振幅為10.95 μm。影響半頻振動(dòng)的因素主要有油膜振蕩及氣流激振，現(xiàn)2瓦為可傾瓦形式軸瓦，穩(wěn)定性高，觀察2瓦鎢金溫度在80 ℃，軸瓦負(fù)載合適，可排除油膜振蕩因素。振動(dòng)主要是自激振動(dòng)特征，符合半速渦動(dòng)及氣流自激振動(dòng)特征，在運(yùn)行中將潤滑油溫度提高2～43 ℃后，減小油膜厚度，振動(dòng)情況稍有好轉(zhuǎn)，但振動(dòng)突增現(xiàn)象仍然時(shí)有發(fā)生[2]。調(diào)取歷史曲線發(fā)現(xiàn)，從啟機(jī)至帶滿負(fù)荷觀察前，軸承箱絕對(duì)脹差值還未達(dá)到設(shè)計(jì)值，最大值19.98 mm，設(shè)計(jì)值約25 mm。這說明高中壓汽缸由于管道推力大、膨脹受阻，出現(xiàn)動(dòng)靜間隙圓周徑向變化，引起汽流擾動(dòng)，軸瓦出現(xiàn)振動(dòng)[3]。

此外，通過調(diào)取歷史曲線發(fā)現(xiàn)，隨負(fù)荷增加，一段抽汽壓力與再熱蒸汽壓力差逐漸增加，導(dǎo)致進(jìn)入中壓缸的冷卻蒸汽流量（中壓葉輪冷卻蒸汽）也逐漸增加，現(xiàn)象是冷卻蒸汽溫度的下降。由于冷卻蒸汽進(jìn)入首級(jí)隔板內(nèi)部環(huán)形汽道后，由周向布置的小孔向后噴出，進(jìn)入首級(jí)隔板與葉輪間的腔室，由于中壓首級(jí)葉輪無平衡孔，汽流變?yōu)橛奢S心向外輻射狀旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，通過葉根汽封進(jìn)入首級(jí)動(dòng)葉片前，以接近90°夾角與主汽流匯流，對(duì)主汽流形成擾動(dòng)。同時(shí)，冷卻汽流向外輻射流動(dòng)時(shí)的周向不均衡性也造成汽流的不穩(wěn)定[4]。這兩點(diǎn)導(dǎo)致中壓轉(zhuǎn)子汽流激振發(fā)生，導(dǎo)致2瓦軸振X/Y向振動(dòng)在高負(fù)荷時(shí)突增，再次機(jī)組啟動(dòng)后可通過調(diào)整冷卻蒸汽流量來驗(yàn)證對(duì)振動(dòng)的影響。

2.3 處理措施

（1）2瓦頂隙為0.60/0.62 mm，標(biāo)準(zhǔn)為：0.485～0.635。頂部間隙為上限，為增強(qiáng)軸瓦的抗擾穩(wěn)定性，通過上瓦塊加0.10 mm墊片，減小2瓦頂部間隙，提高油膜阻尼。

（2）下次啟機(jī)時(shí)，主機(jī)參數(shù)控制穩(wěn)定，可以進(jìn)行關(guān)閉中壓首級(jí)葉輪冷卻蒸汽流量的方法驗(yàn)證是否對(duì)2瓦軸振有影響。

（3）做變閥序試驗(yàn)，觀察順序閥方式下軸瓦振動(dòng)的變化，由中國電力科學(xué)研究院出調(diào)試方案。

（4）因上次啟機(jī)帶負(fù)荷汽缸還沒有充分膨脹，機(jī)組未達(dá)到熱態(tài)最終狀態(tài)，需要進(jìn)一步觀察振動(dòng)變化情況。

（5）機(jī)組供熱季結(jié)束后，將2瓦汽封（高壓缸進(jìn)汽口）更換為東汽推薦的防旋汽封。

3 結(jié) 論

本文對(duì)某電廠350 MW汽輪機(jī)在調(diào)試期間出現(xiàn)的一系列振動(dòng)問題進(jìn)行了總結(jié)分析。結(jié)果表明如果沖轉(zhuǎn)參數(shù)偏離廠家要求值太大，沖轉(zhuǎn)期間容易造成機(jī)組受熱不均勻，引起動(dòng)靜碰磨，從技術(shù)上較難控制；沖轉(zhuǎn)期間，對(duì)于軸封減溫水的投入要慎重，軸封減溫水的投入會(huì)導(dǎo)致低壓軸封溫度不穩(wěn)定，造成低壓缸軸承碰磨振動(dòng)頻繁上下波動(dòng)；機(jī)組帶高負(fù)荷后，高中壓汽缸由于管道推力過大、膨脹受阻，出現(xiàn)動(dòng)靜間隙圓周徑向變化，引起汽流擾動(dòng)，間隙汽流渦動(dòng)引起高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大；高負(fù)荷后，中壓葉輪冷卻蒸汽流量變化同樣會(huì)導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子區(qū)域動(dòng)靜間隙汽流渦動(dòng)，引起軸系失穩(wěn)，出現(xiàn)汽流激振。