海南核電汽輪機(jī)6號和9號軸承振動高原因分析

劉 逸

（海南核電有限公司，海南昌江 570105）

0 引言

海南核電（即海南核電有限公司）采用國產(chǎn)二代改進(jìn)型核電技術(shù)，受限于參考電廠的設(shè)計，海南核電汽輪機(jī)采用3000 r/min的運行方式，相比目前主流的1500 r/min轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)系統(tǒng)，存在共振區(qū)多、振動偏大等問題，為此海南核電在減小振動等方面做了很多研究。104 大修啟動階段，一號機(jī)組汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)過程中出現(xiàn)6號軸承和9號軸承振動高，軸承振動值超限會導(dǎo)致汽輪機(jī)停機(jī)，對于兩個軸承在不同階段出現(xiàn)的軸承振動高問題，本文將分別討論其原因并給出緩解措施。

1 汽輪機(jī)6號和9號軸承振動高現(xiàn)象簡述

2020 年3 月19 日，1號機(jī)組沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)過程中：6:56，汽機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到1100 r/min，6號軸承X 向振動、Y 向振動、絕對振動從71 μm、54 μm 和51 μm 開始上漲；8:07，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速2382 r/min，6 瓦Y 向振動最大達(dá)到123 μm，絕對振動最大達(dá)到88 μm；8:13，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3005 r/min；8:15，6號軸承X向振動達(dá)到102 μm，此后振動開始下降最終穩(wěn)定在X 向振動87 μm，Y 向振動56 μm，絕對振動39 μm。汽輪機(jī)6號軸承振動曲線如圖1 所示。

圖1 沖轉(zhuǎn)過程中汽輪機(jī)6號瓦振動曲線

2020 年3 月19 日：7:21，汽機(jī)轉(zhuǎn)速處于1100 r/min轉(zhuǎn)速平臺，汽輪機(jī)9號軸承X 振動、Y 向振動、絕對振動從30 μm、27 μm 和26 μm 上漲到109 μm、114 μm 和99 μm（振動上漲），0.5 h 后降到46 μm、49 μm 和43 μm；8:13，汽輪機(jī)沖到3005 r/min 后，汽輪機(jī)9號軸承X 振動、Y 振動、絕對振動上漲到126 μm、125 μm 和110 μm，20 min 后降到43 μm、51 μm和61 μm。汽輪機(jī)9號軸承振動曲線如圖2 所示。

圖2 沖轉(zhuǎn)期間汽輪機(jī)9號瓦振動曲線

2 原因分析

可能引起汽輪機(jī)軸承振動高的原因包括：汽輪機(jī)偏心引起汽輪機(jī)振動，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起振動，轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲引起振動，軸承油膜失穩(wěn)引起振動，汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生摩擦引起振動，水沖擊引起振動，汽輪機(jī)內(nèi)部故障引起振動，汽輪機(jī)機(jī)械部件松動引起振動，轉(zhuǎn)速通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)引起振動，針對以上可能原因分別分析兩個軸承振動高的原因。

（1）汽輪機(jī)在啟動過程中暖機(jī)4 h 且凝汽器真空幾乎無變化，儀表測得的汽輪機(jī)偏心始終在規(guī)定范圍內(nèi)，可以排除偏心和大軸彎曲因素。

（2）此次大修轉(zhuǎn)子并未更換，因此轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡同樣可以排除。

（3）油膜失穩(wěn)和部件松動造成的振動高會伴隨軸承溫度的變化，在汽輪機(jī)啟動過程中軸承溫度穩(wěn)定，因此可以排除此原因。

（4）發(fā)生水沖擊時現(xiàn)場會有水錘聲音，汽輪機(jī)溫度測量值會發(fā)生變化，然而啟動階段現(xiàn)場聽音正常。

綜合以上原因判斷，汽輪機(jī)發(fā)生摩擦和通過臨界轉(zhuǎn)速最有可能導(dǎo)致汽輪機(jī)振動高。

2.1 汽輪機(jī)6號軸承振動高原因分析

在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2900 r/min 時6號軸承出現(xiàn)振動增大現(xiàn)象，從圖1 可以看出軸承振動反復(fù)波動一段時間后恢復(fù)正常范圍，在此期間并未進(jìn)行任何人為干預(yù)，現(xiàn)場測振結(jié)果和主控室顯示一致。這可以排除汽輪機(jī)發(fā)生過共振，否則振動會維持或持續(xù)升高。振動升高后逐漸降低最有可能是碰磨原因?qū)е碌?，低轉(zhuǎn)速時離心作用引起的汽輪機(jī)大軸偏心較小，大軸或軸承處的微小突起并沒有接觸，沒有發(fā)生碰撞時振動值一直保持在一個較小的范圍，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速增大到2900 r/min 時，離心作用導(dǎo)致汽輪機(jī)大軸或軸瓦晃動范圍增大，發(fā)生接觸或碰撞使6號軸承處振動增加，隨著大軸和軸承的摩擦，凸起部分被磨平，振動逐漸減小最終恢復(fù)到正常值。發(fā)生碰磨的另一個現(xiàn)象是發(fā)生周期性的振動變化，在6號軸承振動增大的過程中，6號軸承確實發(fā)生了短時間的周期性振動，因此判斷碰磨為6號軸承振動的原因。

2.2 汽輪機(jī)9號軸承振動高原因分析

在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500 r/min 和3000 r/min 時，9號軸承出現(xiàn)過兩次振動峰值，且振動始終維持在高值，這與6號軸承的振動高現(xiàn)象不一致，說明9號軸承并未出現(xiàn)碰磨現(xiàn)象。與哈爾濱汽輪機(jī)廠確認(rèn)，9號瓦的共振區(qū)為1200～1800 r/min 和2820～3000 r/min，與9號瓦振動現(xiàn)象一致，這說明9號瓦振動高原因為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入共振區(qū)。汽輪機(jī)共振區(qū)轉(zhuǎn)速如表1 所示。

表1 汽輪機(jī)共振區(qū)轉(zhuǎn)速r/min

3 緩解措施

為了汽輪機(jī)下次啟動時能夠提前關(guān)注這一問題并給運行值操作提供依據(jù)，制定以下措施：

（1）將發(fā)電機(jī)6號瓦、9號瓦的振動和溫度加入重要機(jī)組參數(shù)統(tǒng)計，在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)6號瓦、9號瓦的振動和溫度有大幅波動時聯(lián)系專業(yè)處室檢查分析。

（2）調(diào)整發(fā)電機(jī)冷卻水調(diào)節(jié)閥開度，經(jīng)驗反饋表明閥門開度過小會導(dǎo)致汽輪機(jī)振動增加。

（3）升功率過程中，在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范對提升速率要求的前提下，設(shè)置升功率速率為1 MW/min，否則設(shè)置升功率速率為0.33 MW/min，降功率速率都設(shè)為1 MW/min。升/降功率過程中，如果6號瓦、9號瓦軸振出現(xiàn)上漲超過15 μm/min 或比升/降功率前整體上升20 μm，則停止升/降功率；如果軸振不穩(wěn)定，則需根據(jù)性能的頻譜分析結(jié)果另行啟動即時決策。

（4）升/降功率過程中GGR 供油溫度、GHE 密封油供油溫度、GRV冷氫溫度需維持穩(wěn)定，密切關(guān)注SRI 調(diào)節(jié)閥的開度變化（1SRI081VD、1SRI106VD、1SRI110VD、1SRI072VD、1SRI076VD）。其中，1SRI081VD 定值41 ℃，1SRI106VD 定值40 ℃，1SRI110VD定值40 ℃，1SRI072VD 定值44 ℃，1SRI076VD 定值44 ℃。

（5）每8 h 巡檢一次10號瓦軸振的變化趨勢，如果振幅超過20 μm 或振動呈發(fā)散趨勢則通知設(shè)備管理處檢查10號瓦振動是否正常（當(dāng)前振動周期約12 min，振幅約10 μm）。

（6）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近共振區(qū)時提高升速率，轉(zhuǎn)速由50 r/min提升到200 r/min，保障汽輪機(jī)快速通過共振區(qū)。

4 結(jié)論

海南核電一號機(jī)組汽輪機(jī)在104 大修啟動階段出現(xiàn)6號軸承和9號軸承振動高的問題，本文針對不同軸承分別分析振動值高的原因，得出6號軸承和9號軸承振動值高的原因分別是碰磨和進(jìn)入共振區(qū)，然后制定了相應(yīng)的緩解措施，為后續(xù)的汽輪機(jī)啟動提供技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。