新投產(chǎn)汽輪機(jī)過(guò)臨界振動(dòng)增大原因分析及處理

郭寶仁，高 峰，董忠海，王燕東

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.大連發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116035；3.國(guó)電康平發(fā)電有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110500；4.白音華金山發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026200）

新投產(chǎn)汽輪機(jī)過(guò)臨界振動(dòng)增大原因分析及處理

郭寶仁1，高 峰2，董忠海3，王燕東4

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.大連發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116035；3.國(guó)電康平發(fā)電有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110500；4.白音華金山發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026200）

針對(duì)新投產(chǎn)的5臺(tái)600 MW和1臺(tái)300 MW機(jī)組，在運(yùn)行1年后，發(fā)現(xiàn)停機(jī)時(shí)高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界軸的相對(duì)振動(dòng)較啟動(dòng)時(shí)明顯增大，且隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，軸振不斷增大，啟停機(jī)時(shí)甚至超過(guò)跳機(jī)值，文中敘述了轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況，對(duì)其原因進(jìn)行分析，并采取了消振措施，最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程。

高中壓轉(zhuǎn)子；過(guò)臨界振動(dòng)；動(dòng)平衡試驗(yàn)；返廠車削

近年來(lái)，多臺(tái)300 MW和600 MW等級(jí)汽輪機(jī)均出現(xiàn)了高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界振動(dòng)大的問(wèn)題，主要為新投產(chǎn)的亞臨界和超臨界高中壓合缸汽輪機(jī)。機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，停機(jī)時(shí)高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界軸相對(duì)振動(dòng)較啟動(dòng)時(shí)明顯增大，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，軸振不斷增大，啟停機(jī)時(shí)甚至超過(guò)跳機(jī)值，危害機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［1－3］。

1 振動(dòng)情況

1.1 振動(dòng)特點(diǎn)

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值增大，工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值也有增大的趨勢(shì)，振動(dòng)值的增大是逐步的，沒(méi)有出現(xiàn)運(yùn)行中振動(dòng)突變的情況，但停機(jī)時(shí)過(guò)臨界振動(dòng)較啟動(dòng)時(shí)明顯增大。機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷和其它運(yùn)行參數(shù)的變化有一定幅度波動(dòng)，但總體比較平穩(wěn)，在臨界轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)明顯的共振響應(yīng)，表現(xiàn)為典型的普通強(qiáng)迫振動(dòng)。高中壓轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)后，啟機(jī)時(shí)能夠順利通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，但至下一次停機(jī)時(shí)過(guò)臨界振動(dòng)值又明顯增大。

這是因?yàn)椋C(jī)時(shí)高中壓轉(zhuǎn)子偏心值較大，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間盤車后，轉(zhuǎn)子偏心值有所減小，多數(shù)機(jī)組不能夠回到原始狀態(tài)。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)組投產(chǎn)時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子在過(guò)臨界及工作轉(zhuǎn)速時(shí)軸振動(dòng)處于良好狀態(tài)，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界振動(dòng)增大。經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行，有5臺(tái)機(jī)組1Y方向軸振高于254 μm（跳機(jī)值），有4臺(tái)機(jī)組2X方向軸振高于200 μm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)后，又運(yùn)行近1年后，有3臺(tái)機(jī)組軸振增大過(guò)快，且1Y方向軸振已達(dá)到254 μm，有3臺(tái)機(jī)組軸振增大緩慢，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界振動(dòng)情況

2 原因分析

a.轉(zhuǎn)子存在一階質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子在加工制造或檢修過(guò)程中更換的轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在原始質(zhì)量不平衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子對(duì)機(jī)組一階振動(dòng)響應(yīng)敏感［4］。

b.轉(zhuǎn)子材質(zhì)存在缺陷。轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻，即受熱后膨脹不均勻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲。

c.存在動(dòng)靜摩擦。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子與汽缸等靜止部件易發(fā)生摩擦，使接觸處溫度升高，轉(zhuǎn)子徑向存在溫差，發(fā)生熱彎曲。

d.汽缸上下溫差較大。機(jī)組在啟停過(guò)程中，由于汽缸上下溫差大，易發(fā)生向上拱起或向下?lián)锨淖冃危骨昂蠖溯S封和隔板汽封的徑向間隙減小甚至消失，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲。

e.轉(zhuǎn)子與水（汽）接觸。在停機(jī)時(shí)，凝汽器、高壓加熱器、除氧器等水位偏高，此時(shí)抽汽逆止門不嚴(yán)，水或汽進(jìn)入汽輪機(jī)，會(huì)使轉(zhuǎn)子局部冷卻，產(chǎn)生徑向偏差，發(fā)生熱彎曲。

3 處理方法

3.1 采取現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡試驗(yàn)方法進(jìn)行消振

利用停機(jī)機(jī)會(huì)，降速時(shí)測(cè)量高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界振動(dòng)值，采用模態(tài)平衡法和影響系數(shù)法計(jì)算配重量，對(duì)表1中的6臺(tái)機(jī)組在高壓轉(zhuǎn)子端面、高中壓轉(zhuǎn)子中間面及中壓轉(zhuǎn)子端面同時(shí)配重，啟停機(jī)時(shí)振動(dòng)效果明顯改善。6臺(tái)機(jī)組中，有5臺(tái)機(jī)組只進(jìn)行了1次動(dòng)平衡試驗(yàn)，有1臺(tái)機(jī)組由于振動(dòng)過(guò)快，進(jìn)行了3次動(dòng)平衡試驗(yàn)。

3.2 高中壓轉(zhuǎn)子返廠車削處理

由于加重面平衡塊已滿，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法再進(jìn)行配重，只能返廠處理。6臺(tái)機(jī)組中，有1臺(tái)機(jī)組返廠2次，有2臺(tái)機(jī)組返廠1次，有3臺(tái)機(jī)組未返廠。高中壓轉(zhuǎn)子返廠對(duì)各級(jí)圍帶、各處汽封、主油泵兩側(cè)油封環(huán)和主油泵前后短軸等部位進(jìn)行了車削。

4 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程

以某電廠2號(hào)機(jī)組動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程為例。該機(jī)組為600 MW超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，其軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、1號(hào)、2號(hào)低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁集電環(huán)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子之間為剛性連接，共有9個(gè)支承軸承及1個(gè)推力軸承，軸系總長(zhǎng)度約為38 m。

由于機(jī)組停機(jī)時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界振動(dòng)過(guò)大，決定采用高中壓轉(zhuǎn)子加重方法補(bǔ)償轉(zhuǎn)子熱彎曲，從而解決機(jī)組過(guò)臨界振動(dòng)大的問(wèn)題。

a.加重面確定。選擇3個(gè)面，分別是高壓轉(zhuǎn)子端面、高中壓轉(zhuǎn)子中間面及中壓轉(zhuǎn)子端面，3個(gè)面加重半徑分別為670 mm、1 080 mm、910 mm。

b.試加重位置確定。機(jī)組每次降速至過(guò)臨界時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子兩端的軸振動(dòng)相位接近且同向，具有良好的重復(fù)性，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 一階動(dòng)平衡試驗(yàn)前后各軸承處軸相對(duì)振動(dòng)

c.試加重量確定［5］。根據(jù)轉(zhuǎn)子重量、加重半徑及升降速的一階臨界振動(dòng)值，兼顧工作轉(zhuǎn)速的振動(dòng)值，采用模態(tài)平衡法，進(jìn)行3個(gè)加重面的加重配置。高壓轉(zhuǎn)子端面22號(hào)、23號(hào)孔均加重195 g，合成重量為387 g／189°；高中壓轉(zhuǎn)子中間面21號(hào)、22號(hào)和24號(hào)孔分別加重170 g、180 g和170 g，合成重量為493 g／186°；中壓轉(zhuǎn)子端面22號(hào)、23號(hào)孔分別加重198 g、192 g，合成重量為387 g／189°。

經(jīng)過(guò)一次試加重后，在過(guò)臨界及工作轉(zhuǎn)速時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子軸振幅度較上次啟動(dòng)明顯下降。

5 結(jié)論

a.新投產(chǎn)的機(jī)組過(guò)臨界軸振增大主要原因是轉(zhuǎn)子存在一階質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子材質(zhì)存在缺陷、存在動(dòng)靜摩擦、汽缸上下溫差較大及轉(zhuǎn)子與水（汽）接觸。

b.現(xiàn)場(chǎng)采取動(dòng)平衡試驗(yàn)應(yīng)在振動(dòng)幅度不大時(shí)進(jìn)行，要想同時(shí)減小工作轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)，應(yīng)在高壓轉(zhuǎn)子端面、高中壓轉(zhuǎn)子中間面及中壓轉(zhuǎn)子端面同時(shí)配重。

c.建議電廠加強(qiáng)對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)的監(jiān)視，特別是在啟停機(jī)過(guò)程中測(cè)量轉(zhuǎn)子振動(dòng)波德圖，繪出振動(dòng)變化趨勢(shì)圖，并分析臨界轉(zhuǎn)速下振動(dòng)的變化情況。

［1］ 許偉軒，常 強(qiáng).大型轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（10）：44－46.

［2］ 常 強(qiáng).200 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)研究［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（2）：1－3.

［3］ 張立寧，王九崇，常 強(qiáng).B140低速動(dòng)平衡機(jī)的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2006，27（5）：26－28.

［4］ 施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［5］ 寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

Cause Analysis and Treatment of Over?critical Vibration Increases for Turbines Newly Put into Operation

GUO Bao?ren1，GAO Feng2，DONG Zhong?hai3，WANG Yan?dong4
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Dalian Power Generation Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116035，China；3.Guodian Kangping Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110500，China；4.Baiyinhua Jinshan Power Generation Co.，Ltd.，Xilin Gol，Inner Mongolia 026200，China）

5×600 MW and one 300 MW steam turbine units，which put into operation just over one year，high pressure rotor relative vibration at critical speed is significantly larger during shutdown than that of startup，the shaft vibration increases with passing time，and it becomes even larger during shutdown and startup than that of turbine trip.The viberation is introduced，cause analysis and coun?termeasures are discussed.Finally，rotor dynamic balancing test procedure is described by example.

High pressure rotor；Critical vibration；Dynamic balance；Returned to the factory turning

TM311；TK268.＋1

A

1004－7913（2015）02－0051－03

郭寶仁（1963—），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事電站旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障的診斷工作。

2014－12－08）