某廠1000MW 汽輪機冷態啟動軸承振動分析

羅先兵

（靖海電廠，廣東 揭陽 515223）

某廠1000MW 汽輪機冷態啟動軸承振動分析

羅先兵

（靖海電廠，廣東 揭陽 515223）

對某電廠首臺1000MW機組整組啟動調試過程中，汽輪機冷態啟動沖轉升速中引起軸承振動大停機的原因進行分析，并從實際運行經驗中總結出有效的措施，保證機組的經濟安全運行。并為同類型機組類似問題的預防和處理提供借鑒。實踐證明，這些措施和對策是正確和可行的。

軸振;1000MW汽輪機;冷態啟動;沖轉

0 引言

某電廠一期工程建設2×600+2×1000MW機組，其中2臺國產600MW超臨界機組已投產發電，3#機組已通過滿負荷試運行，4#機組正整組啟動。該廠3#、4#汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術生產制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動凝汽式N1000－25.0/600/600型汽輪機，設計額定功率為1000MW，最大連續出力1043.2MW。

機組軸系由汽輪機高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子A、低壓轉子B及發電機轉子所組成。各轉子均為整體轉子，無中心孔，各轉子間用剛性聯軸器連接。汽輪發電機組軸系中1#～4#軸承采用可傾瓦式軸承。可傾瓦軸承采用6瓦塊結構，對稱布置。5#～8#軸承采用橢圓形軸承，9#和10#軸承采用端蓋式軸承。橢圓軸承為單側進油，上瓦開槽結構。軸承合金結合面采用燕尾槽結構。各軸承上瓦的X和Y向裝有軸振測量裝置，下瓦裝有測溫元件。推力軸承位于高壓缸和中壓缸之間的2#軸承座，采用傾斜平面式雙推力盤結構。機組軸系結構如圖1所示。

圖1 機組軸系結構示意圖

機組設計為高壓缸啟動方式，無高排逆止門，旁路系統采用一級啟動旁路，容量為30%B－MCR，只能滿足機組啟動需要，不具備保護功能。該廠1000MW機組原則性熱力系統圖如圖2所示。在順利通過3#機組所有調試工作后，本文對調試過程中幾次汽輪機冷態啟動沖轉升速中軸承振動大停機原因進行分析和討論。

1 振動原因查找

在該機組幾次由700rpm升速至1500rpm暖機過程中，因3#和4#軸承振動過大被迫打閘停機，從幾次反映出的振動情況對其原因進行分析查找，分析情況如下:

（1）檢查發現潤滑油油質、油壓和油溫在正常范圍內，無異常油膜振蕩，可排除潤滑油系統引起振動的可能。

（2）機組啟動嚴格按照規程規定，主機盤車運行正常，連續盤車時間大于4h，汽缸內無動靜摩擦等異常聲音，轉子偏心率＜0.075mm，未超過原始值的1.1倍，從而可排除大軸彎曲、汽輪機斷葉片或汽輪機內部機械零件損壞或脫落。

（3）檢查真空無明顯變化，排除因真空下降引起汽機軸中心線偏移或末級葉片振動。

（4）汽輪機沖轉過程中，可排除由發電機方面的原因造成的機組振動，如磁場不平衡。

（5）檢查低壓缸排汽缸溫度，溫度在合格范圍內，排除了因低壓缸排汽缸溫度過高引起的振動。

（6）通過滿負荷試運行后，排除了動平衡不好引起振動的原因。

（7）由于振動是在700rpm升速至1500rpm過程中逐漸增加的，從表1可排除了進入臨界轉速范圍的可能性。

圖2 1000MW機組原則性熱力系統圖

表1 汽輪發電機組臨界轉速（分軸系、軸段的試驗值一階、二階）

圖3 汽流激振產生趨勢

（8）根據振動曲線及各參數判斷，汽流激振只可能發生在大功率汽輪機的高壓轉子，且在負荷達到一定值產生，降負荷振動消失，所以排除汽流激振引起軸承振動大停機。如圖3所示。

（9）機組沖轉過程嚴格控制各運行參數、無工況劇變，軸向推力無異常變化。

（10）從幾次因3#和4#軸承振動過大被迫停機后，3#和4#軸承振動仍快速升高到一定值后開始緩慢下降，第一次轉速降到84rpm時，3#軸承Y向振動還有108μm。每次在中壓缸靠機頭側用聽針都能聽到機內有輕微摩擦聲，因此初步判斷軸承振動大停機為動靜摩擦引起。

3 振動事例及原因分析

機組冷態啟動沖轉前按要求暖機，缸體充分膨脹且疏水暢通。檢查汽輪機高、中壓外缸上下缸溫差＜50℃，高、中壓內缸上下缸溫差＜35℃，其溫度和溫差均在合格范圍內。第一次汽輪機沖轉升速至700rpm過程中，3X、3Y軸振開始上升，最大到108μm。700rpm低速暖機 30min后，升轉速至1500rpm，在升速過程中，3X、4Y振動上升較快。汽輪機轉速升至1462rpm時，3#Y振動234μm，3#X振動136μm，4#Y振動88μm，迅速在集控室手動汽輪機打閘（不破壞真空），隨后3#、4#軸承振動分別飛升至最大值:3#Y振動 254.7um，3#X振動201.8μm，4#Y 振動 203.5μm，4#X 振動 118.7μm。汽機轉速從1462rpm惰走到0，惰走時間為47min。各軸承振動參數見表2。

表2 第一次汽機由700rpm升速至1500rpm各軸承最大振動值

根據以上現象進行分析可知，轉速在200rpm時振動無異常，到700rpm時逐漸變大，3Y相位移動30°，發生動靜摩擦，在繼續升速過程中，振動相位移動53°，停機惰走過程中在3#軸承處聽到有明顯摩擦聲，且振動下降較慢，因此認為應該是中壓缸中間汽封有碰摩。中壓缸兩側軸承即3#和4#軸承振動明顯大于其它軸承振動，更能充分說明軸承振動大停機事故是由中壓缸引起的。

由于3#機無高排逆止門，啟動時再熱汽溫無法控制，且再熱管道沒有暖管，在投軸封時，中壓缸已被加熱到一定溫度，在沖轉時，中壓進汽管內壁金屬溫度較低，而且再熱器出口熱段管道長，暖管不夠充分，再熱汽受冷凝結，中壓缸進汽帶水，使中壓缸局部冷卻收縮，造成動靜摩擦。

圖4 高壓缸倒暖系統圖

4 振動處理及驗證

經過幾次機組冷態啟動，根據以上具體現象分析，說明了中壓缸中間汽封碰摩而引起機組軸承振動。最后同時利用高壓缸倒暖期間的蒸汽對再熱器管道進行暖管，高壓缸倒暖系統圖如圖4所示。高壓缸倒暖利用輔助蒸汽進入高排管道，一部分進入高壓缸進行預暖，另一部分蒸汽進入鍋爐再熱器，通過兩個中壓聯合汽門閥前疏水和再熱蒸汽熱段管道疏水對再熱管道進行充分預暖。沖轉后，在再熱器壁溫允許的情況下，快速提高再熱汽溫，增加中壓缸進汽流量。通過表3可見，適當延長700rpm暖機時間，盡量提高中壓進汽量和蒸汽溫度，高、中壓缸得到有效膨脹后，再進行升速，機組振動得到有效的控制，可保證機組的安全穩定運行。

表3 兩次700rpm升速至1500rpm不同暖機時間參數對比表

5 處理建議

（1）冷態啟動沖轉前，一定要對中壓主汽門前再熱蒸汽熱段管道進行暖管，此暖管可結合高壓缸預暖進行，且高壓缸內的壓力要提高到0.3～0.5MPa，才能有比較明顯的效果。

（2）將此操作進行規范，并寫入操作票中，以指導大家操作。

（3）下次冷態沖轉，可適當降低沖轉壓力到8MPa，維持汽溫，適當降低真空，增大中壓缸進汽量，以充分暖機。

（4）在700rpm低速暖機時，將暖機時間由原來的30min延長到90min。

6 結論

該機組為本廠首臺1000MW超超臨界汽輪機組。我國現有投產運行的也不多。在整組調試啟動過程中難免遇到一些新問題，尤其是汽輪發電機組軸系較長，加上發電機軸系達到54.95m。幾次汽輪機組冷態啟動由700rpm升速至1500rpm過程中，都出現3#、4#瓦振動大停機，使每次機組啟動時間延長，對機組安全經濟運行造成了一定的影響。通過分析該機組幾次整組啟動，高度重視機組振動引起的原因并采取相應措施，徹底解決了該類機組啟動過程中的振動問題。

［1］ 施維新.汽輪發電機組振動及事故［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］ 韓中合，田松峰，馬曉芳.火電廠汽機設備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2002.

Vibration Analysis of the Cold Start Bearing of the 1000MW Steam Turbine in a Power Plant

LUO Xian-bing
（Jinghai Power Plant，Jieyang Guangdong 515223，China）

This essay analyzes the halts of the bearing vibration during the process of the impact rotations and speed increments in the cold starts of the steam turbine in the startup debugging of the first 1000MW unit in a power plant.Besides，this essay extracts effective measures from the experiences in its operation to ensure its economical and secure operation as well as providing reference for both prevention and solutions to similar problems in similar units.These measures and solutions turn out right and feasible in practice.

bearing;1000MW steam turbine;cold start;impact rotation

TK267

B

1008-8032（2012）02-0078-04

2011-12-08

羅先兵（1983－），助理工程師，從事火電廠集控運行工作。