燃氣—蒸汽聯合循環單轉子汽輪機組振動處理

程遠林

（大唐蘇州熱電有限責任公司，江蘇蘇州215214）

燃氣—蒸汽聯合循環單轉子汽輪機組振動處理

程遠林

（大唐蘇州熱電有限責任公司，江蘇蘇州215214）

某燃氣—蒸汽聯合循環機組運行中汽輪機組1#瓦和4#瓦突然出現振動緩慢增大的異常情況，最大值達到152 μm。分析機組參數，發現軸封蒸汽溫度對機組振動的影響比較大，分析軸封蒸汽溫度對機組振動的影響，進行處理。

燃氣—蒸汽聯合循環機組；振動；軸封溫度

0 前言

近年來，隨著國家對環保要求日益提高，國內天然氣發電裝機容量快速增加，裝機和發電量占比也逐漸增大。根據中國電力企業聯合會《“十三五”天然氣發電需求預測》報告，2020年我國天然氣發電裝機容量將達到1億千瓦，占總發電裝機容量的4.71%。燃氣—蒸汽聯合循環系統中，主要有燃氣輪機、余熱鍋爐和汽輪機組成，一般燃氣輪機和汽輪機分軸布置。目前國內E級燃氣—蒸汽聯合循環機組裝配較多，聯合循環的容量大約在200 MW，配套的汽輪機功率在100 MW以下，汽輪機一般以調整抽汽供熱機組為主。由于汽輪機容量較小，一般采用單一轉子結構。由于汽輪機結構復查，任何一個設備或參數的變化，如主汽參數、潤滑油溫、疏水和軸封溫度的變化，都可能引起汽輪機組振動，遇到汽輪機振動，需認真分析、查找原因，最終找到解決的方法。汽輪機發生振動異常，將直接威脅汽輪機組的安全運行，應認真分析，設法消除。

1 機組異常振動的原因分析

（1）汽輪機組啟動過程中，如疏水不徹底，暖機時間不充分，汽輪機升速過快，汽輪機加負荷過快，都將引起汽輪機汽缸膨脹不均勻，造成汽缸相對于轉子的熱偏移變大，嚴重的造成轉子和汽缸的摩擦，引起汽輪機組振動。

（2）汽輪機組正常運行中，真空不正常降低，使得排氣缸溫度上升，導致后軸承座受熱膨脹抬高，引起汽輪機中心偏移，導致汽輪機振動。

（3）汽輪機運行中葉片斷裂、脫落、結垢、腐蝕，平衡塊脫落，造成汽輪機轉子質量不平衡，引起汽輪機振動。

（4）汽輪機葉片受到汽流沖擊產生激振力引起轉子葉片產生不平衡力，引起汽輪機組振動。

（5）汽輪機內部構件發生異常，如隔板、葉片變形，內部通流間隙片偏小，滑銷系統發生卡澀汽輪機汽缸不能自由膨脹，導致內部件摩擦，引起汽輪機振動。

2 某單轉子汽輪機振動異常處理

某燃氣—蒸汽聯合循環機組，配套燃機為南京汽輪電機（集團）有限責任公司（以下簡稱南汽）設計制造的PG9171E型燃機（GE公司提供技術支持），汽輪機為南汽的LCZ60-5.8/1.3/0.58，雙壓（帶補汽）、可調抽汽凝汽式聯供熱抽汽凝汽式汽輪機，配以南汽生產的QFW-60-2型發電機。該汽輪機為雙壓、沖動、單排汽、單軸、可調整抽汽凝汽式汽輪機，汽缸前部（第1至第6級）為雙層結構，之后為單層結構。汽缸內裝有高壓內缸、四級隔板套、18級隔板、前汽封和后汽封等部套，通流部分由18級壓力級組成。汽輪機轉子為二支點支承，分別為1#推力支持聯合軸承和2#支持軸承，1#軸承為三層帶瓦襯橢圓軸承，1#軸承為二層帶瓦襯橢圓軸承。支持部分尺寸為1#Φ300×240，2#Φ325×260。1#推力部分為可傾瓦推力軸承，推力瓦塊為10塊，內、外徑分別為Φ296 mm和Φ545 mm，定位瓦塊為10塊，內、外徑分別為Φ300 mm和Φ545 mm。汽輪機轉子通過一副半撓性波型聯軸器與發電機轉子相連。汽輪機轉子為整鍛加4級套裝葉輪結構，裝有18級葉片，其軸系布置見圖1。2015年6月18日該汽輪機組1#瓦和1#瓦在運行中突然出現振動緩慢增大的異常情況，由94 μm逐漸升至152 μm，通過調整潤滑油溫等參數，振動最終穩定在142 μm左右。

圖1 軸系布置圖

2.1 運行工況

2015年6月18日14時50分，該汽輪機1#瓦和4#瓦軸振在運行中突然出現振動緩慢增大的異常情況，最大振動值達到152 μm（1X：152 μm）。現場用聽針檢查汽輪機本體未聽到異常響聲，17時20分調整潤滑油溫由40℃升至43℃后，機組最大振動降至142 μm（1X：142 μm），穩定運行。

2.2 數據測量采集

分析18日該機組振動異常變化原因，對該汽輪機組降負荷及停運過程的振動情況進行現場測試。所有信號取自機組TSI（本特利3500）緩沖輸出BNC端子，并采用合肥偉博測控公司生產的Vibro916 16通道振動信號采集分析系統進行數據處理和分析。現場測試各軸瓦振動采集數據見表1。降負荷過程中，機組1#，4#軸承振動如圖2～圖5所示。

表1 40MW時各軸瓦振動數據表

圖2 1X方向趨勢圖

由振動趨勢圖可以看出正常運行及降負荷過程中1#，4#軸瓦振動幅值和相位變化平緩，說明軸系狀態穩定。18時07分，機組打閘停機后重新掛閘沖轉至滿速，空載狀態下各軸瓦振動值見表2。至18時10分，機組再次打閘，降速過程中振動趨勢圖如圖6～圖9所示。

2.3 振動原因分析

從上述測試圖譜看，改汽輪機1#瓦、4#瓦振動值主要以1倍頻為主，振動性質為普通強迫振動。根據之前振動不大且振動上升過程較為平緩這一現象，可以排除軸系本身質量不平衡的原因，同時調用DCS歷史曲線發現，該機組1#軸承振動緩慢上升的同時，2#軸承振動緩慢下降，說明該機組1#軸承振動的變化與軸承本身應無直接關系，而與軸系的狀態變化有關，如軸系局部的溫度變化導致轉子或軸系的不平衡狀態的改變。進一步結合現場DCS趨勢圖分析，檢查發現振動值變換前后軸封進、回汽溫度變化比較大，回汽溫度由123℃升至137℃，溫度變化和振動變化基本同步（回汽溫度變化略滯后于振動變化，該溫度測點可能存在問題，歷史曲線顯示該溫度變化為階躍式）。

圖3 1Y方向趨勢圖

圖4 4X方向趨勢圖

圖5 4Y方向趨勢圖

6月22日，4#機組啟動，根據以上分析決定拆除該汽輪機軸封進、回汽溫度測點附近保溫，就地比對溫度，發現進汽溫度就地160℃，CRT顯示只有130℃，確定為測點故障。對該機組軸封供汽溫度進行調整，控制軸封回汽溫度≤120℃，該汽輪機1#瓦和4#瓦振動慢慢下降逐漸回復原始值。

兩次降低軸封送汽溫度，振動值均明顯隨之下降，第一次后汽封進汽溫度由137℃降至120℃，1#軸承振動由151 μm最低降至88 μm；第二次后汽封進汽溫度由120℃降至108℃，1#軸承振動由98 μm最低降至62 μm，調整效果明顯，說明軸封供汽溫度的變化是導致該機組1#，2#軸承振動異常變化的原因。

表2 空載各軸瓦振動數據

圖6 1X方向趨勢圖

圖7 1Y方向趨勢圖

3 結論

（1）對于單轉子汽輪機來說，因只配置一個高調門，相對大型多轉子汽輪機結構簡單，存在汽輪機汽流激振的可能性較小，應從摩擦振動和轉子熱變形考慮。

圖8 4X方向趨勢圖

圖9 4Y方向趨勢圖

（2）軸封蒸汽溫度變化導致振動變化的原因為：在機組參數不變的情況下，轉子（或軸系）本身達到一個平衡的狀態，轉子本身的質量不平衡位置或狀態也是相對穩定的，軸封蒸汽溫度變化，使得轉子表面局部受熱膨脹，轉子不平衡狀態發生了變化，振動幅值和相位相應變化，這個過程是隨著溫度緩慢變化的，并且隨著溫度的穩定最終會趨于一個新的平衡，有時可能也會伴隨著動靜碰摩。

（3）汽輪機異常的振動是汽輪機運行過程中比較常見的故障，也是不可避免的。在進行汽輪機振動故障處理時，應根據故障的特點進行認真分析、研究，對比振動變化前后機組的運行數據，如潤滑油溫、軸封溫度和疏水的開啟情況等。

（4）汽輪機組振動分析首先應查看振動的頻率是1倍頻還是高倍頻或低頻等，振動的相位是否穩定，如振動相位變化，則應重點觀察相鄰軸承相位的關系。

（5）汽輪機轉子可逆熱彎曲引起的振動，一般主要表現在軸向振動，且主要以1倍頻為主，一般這類熱彎曲都是可以恢復的。當形成轉子熱彎曲的原因消除后，振動異常的現象也會隨之消除。

［1］中國國家能源局.DL/T5210.3-2009，電力建設施工質量驗收及評價規程（汽輪機機組篇）[S].

〔編輯凌瑞〕

TM611.31

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.48