超高壓200 MW機組振動原因分析及處理

呼志廣，鄧明川，呼哲勇

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內蒙古 達旗 014300；3.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000）

超高壓200 MW機組振動原因分析及處理

呼志廣1，鄧明川2，呼哲勇3

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內蒙古 達旗 014300；3.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000）

針對某能源公司1號機組2號軸振在啟動升速過程中振動嚴重超標導致機組無法啟動的問題，分析了引起振動超標跳機的主要原因為轉子彎曲度大產生較大的不平衡，提出了動平衡處理方案，實施后機組能夠順利啟動，取得了良好效果。

超高壓；汽輪發電機組；軸振；轉子；不平衡；摩擦

0 引言

神華億利能源公司1號機為哈爾濱汽輪機有限責任公司生產超高壓、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙分流、雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。機組型號為NZK200-12.75/535/535。本機組轉子分為高中壓轉子與低壓轉子兩部分，且均為無中心孔整鍛結構，高中壓轉子與低壓轉子采用剛性靠背輪連接，整個汽輪機為四支點支承，即高中壓轉子和低壓轉子分別由兩個軸承支撐。軸承均為橢圓瓦落地支持軸承。高壓缸、低壓缸采用內外雙層缸結構。軸系臨界轉速設計值：高中壓轉子1 469 r/min，低壓轉子1 589 r/min，發電機轉子1 397 r/min。該機組在2010年進行了首次檢查性A級檢修，A級檢修后機組啟動升速過程中發生了二瓦軸振大無法定速的問題。

1 1號汽輪機A級檢修情況

1號機組2008年4月26日投入生產運營，2010年4月17日進行首次檢查性A級檢修。這次檢修針對高中壓缸效率低的問題，對汽輪機高中、低壓通流部分葉頂汽封齒進行更換，并將葉頂汽封間隙調到標準下限值。為了減小端部汽封漏汽，對高中壓缸、低壓缸端部汽封進行了改造，將高中壓缸、低壓缸端部最外兩道汽封由梳齒型汽封改為接觸式蜂窩汽封。隔板汽封和軸封間隙均按標準下限進行了調整。這次檢修測量高中壓轉子最大彎曲值57μm，彎曲部位在高中壓轉子過橋汽封處，彎曲值超過了制造廠標準。通過征求制造廠意見，這次檢修對轉子彎曲沒有進行處理。

2 故障情況

1號機組A級檢修結束后于5月30日2時30分開始沖車，沖車前轉子偏心值為26 μm，在升速過臨界時2瓦X向軸振最大，最大值為200 μm，機組于6時03分定速，機組定速后，2瓦X向軸振127 μm，5瓦X向軸振114 μm，其他各瓦振動正常。之后機組做超速試驗，試驗時2號撞擊子在轉速3 360 r/min時沒有脫出，故機組于5月30日22時50分打閘停機手動盤車處理2號撞擊子問題，時間為40 min。然后電動盤車4.5 h，轉子偏心值30 μm，機組再次啟動沖車，轉速達1 200 r/min時，2瓦X向軸振最大至252 μm，汽機跳閘，鍋爐壓火，投入電動盤車，此時轉子最大偏心值達98 μm。之后于5月31日12時25分繼續沖車，沖車前轉子偏心值31 μm，轉速達700 r/min時，2瓦X向軸振增大至213 μm,手動打閘。鍋爐壓火，電動盤車。6月1日22時50分機組第4次啟動沖車，轉速達1 060 r/min時，2瓦X向軸振最大至202μm手動打閘，電動盤車。6月2日0時52分機組進行第5次啟動，同樣由于2瓦X向軸振大沒有成功。

3 故障特點

機組A修后，第一次冷態啟動，考慮到汽封改造工作量大，啟動過程進行了汽封磨檢，啟動時間比較長，過臨界時各瓦的軸振均在跳機保護值以下。而以后四次熱態啟動均由于2X軸振大而過不了一階臨界轉速。下面看一下兩次熱態啟動波德圖。

3.1 6月1日啟動振動情況

2010年6月1日，缸溫260℃，偏心為33 μm，主汽壓力約2.0 MPa，溫度340℃，22時50分1號機組掛閘沖車，500 r/min以下升速率為150 r/min，500 r/min以上升速率為300 r/min。當轉速升至1 060 r/min時，2X軸振達到202 μm，打閘停機。啟盤車時轉子偏心值為76μm，約1 h后轉子偏心36 μm。6月1日啟動2X波德圖見圖1。

圖1 2010年6月1日汽輪機啟動振動情況

3.2 6月2日啟動振動情況

2010年6月2日，0時52分1號機組再次掛閘沖車。沖車參數：缸溫255℃，偏心為35 μm，主汽壓力約2.3 MPa，溫度370℃。500 r/min以下升速速率為150 r/min，500 r/min以上升速速率為100 r/min，轉速升至800 r/min后觀察，2X振動從120 μm緩慢增大到200 μm，后打閘停機。啟動盤車后偏心值最大為199 μm。6月2日啟動2X波德圖見圖2。

圖2 2010年6月2日啟動2X波德圖

4 故障原因初步分析

A級檢修時測量，高中壓轉子過橋汽封處彎曲值57 μm，制造廠規定不超30 μm，說明高中壓轉子過橋汽封處發生了永久彎曲。引起高中壓轉子彎軸的原因可能有以下幾種。

4.1 材質問題

從經驗中的發生彎軸的機組看，大多數是投產不到一年的機組。其特點是運行過程中高中壓轉子臨界轉速的振動越來越高，直至無法通過。

如果轉子的材質存在問題，有可能導致這樣的情況發生。按照常規，在制造階段，轉子的毛坯應該在露天放置兩年后才能進行加工，其目的是消除毛坯的內應力。但近幾年由于新機組投產量大，工期緊張。有的制造廠的毛坯不經放置就直接加工。使出廠的轉子存在內應力。投入運行后在高溫條件下應力釋放，導致轉子彎曲。

另外轉子加工過程在截面突變的部位也可能產生一定的內應力。

4.2 瞬態沖擊

跳機事故會對在軸系產生很大的瞬態沖擊轉矩，由于彎扭（彎曲-扭矩）的偶合響應，同時產生瞬態沖擊彎矩，彎曲應力超過一定程度就可能使轉子彎曲。

有一臺機組運行中因鍋爐事故跳機，高中壓轉子臨界轉速的振動為150 μm，而跳機增加到300 μm。

4.3 動靜摩擦

高中壓轉子的跨中有約1 m長的過橋汽封。這個部位轉子的橈度較大，容易發生動靜摩擦。動靜摩擦會使接觸部位溫度升高產生熱應力，熱應力超過屈服極限時轉子發生永久彎曲[1]。

彎軸的處理方法是直軸，按照經驗，若轉子彎曲值小于60 μm，也可以不進行直軸，但為了防止機組振動必須用動平衡方法進行校核，電廠在A級檢修時未對高中壓轉子做任何處理。

機組熱態啟動時高中壓轉子在永久彎曲的基礎上又疊加了臨時熱彎曲。臨時性彎曲產生的原因包括以下幾種。

a）高中壓轉子的長徑比比較大，即轉子的柔度較大。而高中壓缸的蒸汽參數較高，轉子的工作條件比較惡劣，容易發生熱彎曲；啟動前連續盤車時間不夠長，停機期間的熱彎曲沒有完全恢復。

b）熱態啟動時高壓上下缸溫差不好控制，溫差在23～30℃之間，引起局部動靜間隙減小，啟動過程發生動靜摩擦，使轉子產生了臨時性彎曲。

汽封間隙調整沒有考慮彎軸的影響，按標準的下限值進行了調整。

機組熱態啟動時，轉子沒有恢復到原始狀態，加之汽封間隙調整得又偏小，啟動過程中上下缸溫差又大，沖車時轉子發生了動靜摩擦，轉子振動大過不了一階臨界轉速[2]。

5 處理措施及結果

a）將機組冷卻至汽缸溫度小于50℃，讓轉子恢復到原始狀態。啟動時采取投夾層加熱措施將高中壓缸上下缸溫差控制在20℃以內。

1號機組冷卻至冷態后，2010年6月13日19時成功定速3 000 r/min，各軸承軸振數據見表1。

表1 1號機組定速3 000 r/min時振動數據表

b）如果機組故障或調停，機組在熱態情況下就無法啟動，必須等機組冷態后再啟動，這顯然是不行的。為了使機組在熱態情況下也能夠順利啟動，2010年12月份1號機組C級檢修中，采用高中壓轉子平衡的辦法降低轉子基礎振動幅值。在中壓末級葉輪燕尾槽內加配重，重量為1 000 g，位置為鍵相器后邊緣反轉向270°。加重位置見圖3。

圖3 加重位置圖

檢修人員從導管口進入汽缸內加重。通過平衡，機組在熱態啟動過臨界時2X向振動在150 μm左右，取得了很好的效果。

6 結束語

億利能源公司1號機組，由于高中壓轉子原始彎曲度大，A級檢修時汽封間隙按標準下限進行了調整，機組熱態啟動時高中壓缸上下缸溫差又大，動靜間隙減小，機組發生了動靜摩擦，2X向軸振大跳機，機組升速過不了一階臨界轉速。最后通過轉子動平衡降低轉子基礎振動值而得以解決。

［1］ 寇勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡［M］.北京:中國電力出版社，2007：55-60.

［2］ 施維新.汽輪發電機組振動及事故［M］.北京：中國電力出版社，1998：171-178.

Causal Analysis and Treatment of the Vibration of 200 MW Super-high Pressure Turboset

HU Zhi-guang1，DENG Ming-chuan2，HU Zhe-yong3
（1.Shenhua Shendong Power Company，Shenmu，Shaanxi 719300，China；
2.Shenhua Yili Energy Corporation，Daqi，Inner Mongolia 014300，China；
3.Liaoning Technical University，Fuxin，Liaoning 123000，China）

Serious vibration occurred on No.2 axle of No1.unit in Shenhua Yili Energy Corporation during the unit’s speedup process,which led to the failure of the unit’s start-up.In this paper,the reasons for the malfunction were analyzed,and the result showed that the vibration was brought about by unbalance caused by excessive rotor bending.It put forward the treatment of dynamic balance,the implementation of which could render the unit to start up successfully.

ultra-high voltage；turboset；axle vibration；rotor；unbalance；rubbing

TM311

B

1671-0320（2011）04-0057-0004

2011-04-11，

2011-05-23

呼志廣(1964-)，男，山西天鎮人，2000年畢業于太原理工大學熱能工程專業，高級工程師，從事發電廠汽輪機技術管理工作；

鄧明川（1973-），男，遼寧撫順人，1995年畢業于沈陽電校熱動專業，助理工程師，從事發電廠汽輪機技術管理工作；

呼哲勇（1990-），男，山西天鎮人，遼寧工程技術大學2009級機械電子工程專業在讀。