安陽電廠#9機#1瓦振動分析及處理

【摘要】安陽電廠#9機在運行中發(fā)現(xiàn)#1瓦振動增大，嚴(yán)重威脅機組安全。本文通過對機組振動數(shù)據(jù)的分析、診斷，找出了#1瓦振動的原因，解決了機組振動問題，對其他類似機組也有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】汽輪發(fā)電機組；振動特性；軸系

前言

汽輪發(fā)電機組軸系的穩(wěn)定性直接關(guān)系到機組的安全運行和設(shè)備的可靠性，不論在機組啟停過程中還是在機組正常運行中，軸系振動始終是監(jiān)測的一項重要指標(biāo)。機組出現(xiàn)異常振動后，處理稍有不當(dāng)，都可能會造成設(shè)備發(fā)生局部或整體的毀壞事故，因此對于機組振動必須高度重視。

1、設(shè)備概述

安陽電廠#9汽輪機系東汽生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-3型亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽單軸沖動凝汽式汽輪機，配4個高壓調(diào)門，能實現(xiàn)全周和部分進汽兩種不同進汽方式，并能實現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)無擾切換。該機高調(diào)門開啟順序為：1+2→3→4。調(diào)門布置見附圖1。

該機組#1、#2軸承支承汽機高-中壓轉(zhuǎn)子；#3、#4軸承支承汽機低壓轉(zhuǎn)子；#5、#6軸承支承發(fā)電機轉(zhuǎn)子；#7、#8、#9、#10軸承支承勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子；#1、#2軸承為落地軸承，#3、#4軸承箱在低壓汽缸上。其中#1軸承為可傾瓦軸承，其余均為橢圓軸承。

2、機組振動情況

自08年7月20日以來， #9機組#1瓦軸振、瓦振多次出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象，并且隨著時間的延續(xù)，振動有惡化趨勢，特別是#1瓦振，波動非常大，曾出現(xiàn)過#1瓦振瞬間達到121um、1X軸振瞬間達到165um、1 Y軸振瞬間達到150um的情況，且軸系其他各瓦振動也有明顯增大趨勢，嚴(yán)重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

鑒于#1瓦振動異常，為防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生，保證機組安全穩(wěn)定運行， 7月23日至7月24日， #9機組臨時停運，對#9機#1瓦進行了簡單的檢查，主要檢查了主油泵齒形聯(lián)軸器連接情況、#1瓦上瓦塊活動情況、#1瓦緊力以及高低對輪的晃度及同心度等數(shù)據(jù)，并對#1瓦緊力進行了調(diào)整。7月24日14點，#9機組重新并網(wǎng)。處理后，#1瓦瓦振明顯下降且比較穩(wěn)定，但#1瓦X向軸振及#2瓦X向軸振明顯增加，特別是#1瓦X向軸振，曾瞬間達到了245um。機組負(fù)荷250MW后各瓦振動數(shù)據(jù)：#1瓦瓦振22um， 1X軸振234um，1Y軸振123um，2X軸振145um，3Y軸振117um，4Y軸振117um，見附圖2。

3、振動特征、故障分析及采取對策

#1瓦檢查前，瓦振變化波動非常大，范圍在12um～80um之間，且變化非常快，瞬間即從20um以下波動到60um以上，并且#1瓦瓦振和機組負(fù)荷大小關(guān)系也不大，在不同負(fù)荷點都出現(xiàn)過#1瓦瓦振激起的情況。當(dāng)#1瓦振動較大時，現(xiàn)場檢查、聽音，前箱#1瓦處振動明顯，并且伴隨有間斷的異音。#1瓦檢查后振動數(shù)據(jù)表明（見附圖3），#1瓦瓦振明顯下降且波動不大。通過以上數(shù)據(jù)分析可以說明，機組運行中#1瓦瓦振波動大是由于#1瓦上瓦塊緊力不夠，使#1瓦上瓦塊松動，引起#1瓦振動異常。緊力調(diào)整后，#1瓦振動恢復(fù)正常，#1瓦瓦振大的問題基本得到解決，但#1瓦振動的問題并未得到解決，主要表現(xiàn)在#1瓦軸振較大。

#1瓦檢查后機組加負(fù)荷至250MW時的振動波形圖見附圖3-4。由圖可知，當(dāng)#1瓦軸振增大時，#1瓦軸振有明顯的1/2x低頻分量，甚至25Hz的振動數(shù)值和50Hz在振動數(shù)值幾乎相等，都達到了125um，#1軸承的軸心軌跡與波形亦發(fā)生明顯畸變（見附圖4）。當(dāng)振動恢復(fù)正常后，#1瓦軸振的1/2x低頻分量很快降低或消失，#1軸承的軸心軌跡與波形亦恢復(fù)正常。亦即當(dāng)高壓轉(zhuǎn)子#1瓦軸振變化較大時，主要是低頻分量1/2x振動加劇，而基頻1x振動變化則比較小。

#1瓦振動故障分析：#1瓦振動特征表明，#1瓦振動超標(biāo)主要是由#1瓦軸振的低頻分量1/2x振動加劇引起的。雖然#1軸承為可傾瓦，振動穩(wěn)定性好，但轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的條件仍然存在，并且由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素，在高壓調(diào)節(jié)閥進汽方式改變的情況下，#1瓦失穩(wěn)的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這是一種典型的汽流擾動現(xiàn)象。

汽隙激振的機理是由于諸多原因引起的，其主要特征有：（1）振動頻率低于轉(zhuǎn)子工作頻率 ；（2）振動有良好的再現(xiàn)性 ；（3）只能在大容量汽輪機高壓轉(zhuǎn)子上發(fā)生。從量值來說，這種不穩(wěn)定力在較大容量汽輪機高壓轉(zhuǎn)子上才能形成。由汽流激振機理可知，消除這種振動的對策不外乎從減少激振力和增加系統(tǒng)阻尼兩個方面入手。具體對策如下：（1）調(diào)整汽缸和轉(zhuǎn)子中心，避免運行中轉(zhuǎn)子和汽缸中心發(fā)生明顯偏移；（2）增大轉(zhuǎn)子與隔板之間的軸向間隙。由計算和實驗得到，隨著噴嘴、靜葉與動葉之間的軸向間隙的增大，可以顯著地減少汽流渦動的激振力，但由此會明顯降低汽輪機的內(nèi)效率；（3）改變調(diào)速汽門開啟程序，以此避免轉(zhuǎn)子在單側(cè)蒸汽力作用下發(fā)生明顯的徑向偏移和在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生不平衡力矩；（4）增加軸瓦阻尼，例如減少軸瓦間隙、增加軸瓦長度，采用黏度較大的潤滑油等。

在機組運行的狀況下，只有改變調(diào)門順序切實可行，且不同的調(diào)門開啟順序，進汽的部位不同，對機組產(chǎn)生的影響也不同。當(dāng)機組部分進汽時，進汽的動葉受到一個汽流產(chǎn)生的切向力和前后壓差產(chǎn)生軸向力，不進汽的動葉就沒有這些力，造成調(diào)節(jié)級葉輪受到不均衡的切向力和軸向力，這些力通過轉(zhuǎn)子作用到軸承上，對#1和#2軸承的載荷產(chǎn)生較大的影響，進而影響到機組振動。考慮到機組振動總是首先發(fā)生在#1瓦且機組負(fù)荷較高時，此時#1、2高調(diào)門已完全開啟，#3調(diào)門也處于半開或接近全開狀態(tài)，這樣汽缸進汽就形成#1、3高調(diào)門下缸進汽、#2高調(diào)門上缸進汽，這種進汽受力方式有使#1瓦載荷減輕的趨勢，故容易造成#1軸承振動失穩(wěn)（調(diào)門開啟順序見附圖1）。基于此，決定在機組運行中改變調(diào)門開啟順序，由原來的1+2→3→4方式改為3+4→2→1方式，這樣就形成高負(fù)荷時#2、4高調(diào)門上缸進汽、#3高調(diào)門下缸進汽的情況，增大了#1瓦載荷，使振動減輕，失穩(wěn)狀態(tài)自然就會消失。事實證明，機組高調(diào)門開啟閥序改變后，機組振動明顯降低，就此，安陽電廠#9機組高負(fù)荷區(qū)#1瓦振動的問題基本解決。

4、結(jié)論

對于運行中的機組，當(dāng)出現(xiàn)#1瓦軸振大時，可以通過改變調(diào)門開啟順序?qū)崿F(xiàn)對機組振動的控制，鑒于東汽廠生產(chǎn)的300MW汽輪機普遍存在以上問題，這對其他類似機組也有一定的借鑒意義。改變調(diào)門開啟順序控制振動只是權(quán)宜之計，要想根本解決問題，還必須從機組軸系著手。

作者簡介：

張健，1971年生，男，河南安陽人，1995年畢業(yè)于南京電力高等專科學(xué)校，后續(xù)學(xué)歷本科-華北水利水電學(xué)院自學(xué)本科熱能動力工程專業(yè)，工程師，研究方向：燃機運行管理。