火電廠660MW機組汽輪機振動異常原因分析

摘要：文章結合筆者工作經驗，對日常操作中660MW機組汽輪機振動異常的原因進行了敘述，并對高中壓轉子彎曲、轉子自生性殘余應力等原因進行了分析，對如何預防和處理660MW機組汽輪機振動異常進行了闡述，希望對汽輪機組的安全運轉與維護提供有效建議。

關鍵詞：660MW機組；汽輪機；振動異常；轉子；火電廠 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK263 文章編號：1009-2374（2016）10-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.063

建國以來，隨著我國電力事業的不斷進步，發電方式有了長足的改進，但是火力發電依然是我國發電的主要渠道。在大部分發電企業中，660MW火力發電機組依然是發電的重要設備之一。一直以來，660MW火力發電機組的震動異常都是電力企業在設備運行檢修與維護時較為關注的一項內容。基于此，筆者結合多年工作經驗，對汽輪機組震動異常的具體原因進行了總結和分析，并對該類故障的處理方式進行了簡單的介紹。

1 660MW機組汽輪機設備振動問題概述

1.1 設備簡述

筆者工作期間接觸的660MW機組汽輪機設備是國產的超臨界660MW機組，是一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽輪機。內部的高中壓轉子與低壓轉子均采用非空心孔的整鋼合金整體轉子，使用推力軸承來定位轉子系統；使用聯軸器將高中壓轉子、1號低壓轉子與2號低壓轉子剛性連接。自機組投入使用以來，空負荷下兩個軸瓦的振動幅度均在50μm以內，符合國家標準。

1.2 汽輪機振動簡述

1.2.1 振動數據。隨著機組使用頻率的增加，660MW機組汽輪機設備振動幅值出現異常變化的趨勢。分別在臨界轉速在700～850r/min、1550～1750r/min、2020～2150r/min時，對機組振動數據進行了檢查，其震動幅度分別達到了170μm、190μm和200μm，呈現明顯的增加態勢。對此，筆者調取了近期機組1#和2#軸瓦的震動數據進行分析。其結果見表1。

1.2.2 振動特征。經過筆者的分析和總結，發現汽輪機組的振動呈現以下特征：（1）660MW機組的下一次啟動的振動數據比上一次啟動均有明顯的提升，其中對于通過臨界轉速區域提高的趨勢比較突出，且機組停機后振動數據有異常加大的不良發展態勢；（2）數據中反映了機組在冷態啟動時的臨界振動幅值高于與熱態停機時的臨界振動幅值；（3）機組兩個軸瓦的振動數據反應大部分振動屬于工頻振動，其他振動形式分布體現不明顯。帶負荷振動較為平穩，幅值、相位等參數波動不大；（4）結合企業內其他機組的震動數據記錄，筆者發現，機組啟動的次數與振動異常的程度成正比，可見操作的不良習慣對于機組的正常運轉有較大的

破壞。

2 汽輪機震動異常原因分析

根據表1中的震動數據以及相關工作人員的反應，結合軸瓦頻譜工頻振動占主要比例的振動特點，筆者認為機組的振動應該屬于強迫振動。根據強迫振動出現的幾大原因，筆者進行了逐一排除。在排除了轉子質量不平衡、零部件掉落、軸承結合面剛度不足等幾項原因之后，發現了振動異常的原因主要如下：

2.1 高中壓轉子彎曲的原因

機組安裝時經過檢查，不存在轉子彎曲的隱患，因此，轉子彎曲發生在安裝后的使用過程中。從DCS系統的偏心量中可以看出高中壓轉子的形狀發生細微的變化。從DCS系統歷史資料和記錄數據中，偏心量大小從60μm增加到70μm，結合檢查記錄與維修記錄，筆者排除了汽缸進水、進冷汽、轉子存在摩擦過熱等問題。所以筆者推測，這種逐漸發生的彎曲是由于殘余應力的原因而產生的。根據機組的工作狀態，汽輪機在滿負荷運轉過程中使高中轉子存在殘余應力，導致隨著時間的推移，轉子在殘余應力的壓力下逐漸發生變形，這種不規則的形變打破了機組內部結構的平衡秩序，導致機組振動幅值的異常。

2.2 殘余應力的原因

2.2.1 熱處理原因。殘余應力是機組在缺少外力、外力矩的作用下，機組內部零部件在平衡狀態下自身殘存的內部應力。物理機械經過加熱后，或多或少的會存在一些受熱不均現象，尤其是大型設備。因此在冷卻時間超過材料的自身韌性以及強度時，就容易導致殘余應力的出現。火電廠660MW機組出現振動異常的大部分原因是殘余應力，因此，受熱不均而導致的殘余應力是機組使用過程中應該注意的重要方面。

2.2.2 轉子的材料材質與制作工藝不精。高中壓轉子的質地、毛坯材料的均勻性也是制約機組穩定運行的一項限制因素。由于我國金屬冶煉的發展程度尚未達到較高的水平，導致轉子由于材質的限制而出現內部各向異性，同時在受熱不均等原因下，出現彎曲等變形問題。

眾所周知，高中壓轉子在制作過程中，必須經過一定時間的時效處理，才能保證轉子的質量和承受能力。高中壓轉子的工作環境溫度較高，在低溫回火時，轉子中的內部應力逐漸增加，如果轉子沒經過時效處理，將會難以承受這種溫度的劇烈波動，從而導致變形、彎曲。

3 對震動異常現象的技術優化

為了防止出現不安全隱患，避免重大安全事故的發生，筆者建議機組車間部門應按照相關的規定采取措施，關注機組的震動數據。

3.1 定期安排檢修計劃

針對上述問題，車間主任或班長要結合機組的參與應力釋放現狀制定相應的機組檢修計劃，在應力釋放進入穩定期后進行揭缸檢查，查看轉子是否出現彎曲，再由技術人員決定機組持續工作性能，對于需要處理的應及時提交現場直軸或返廠修理等處理的報告。

3.2 監視參數變化動態

在實際操作中，火電廠660MW機組汽輪出現震動數據異常的原因是十分復雜的，機組內部結構中任何一個部件都會導致振動上的不規律。因此，操作者在工作過程中，要時刻關注機組的運行參數，包括進汽參數、油溫參數、疏水參數、油質等，及時分析汽輪機異常振動的真實原因，以便促進解決異常振動。

由于末級較長，汽輪內部的氣體在葉片膨脹末端產生流道的紊亂會導致氣流激振。所以，在檢測參數的時候，要對以下兩種參數進行及時的監測：機組出現大量值的低頻分量以及運行參數的爆發性變動量。盡量避免負荷的劇烈波動，調節負荷時，要合理設置升負荷率。

3.3 進行設備結構維護

機組內部的軸承距離也是引發機組異常振動的重要原因之一。若軸承間隙過小或過大，會導致機組內部結構的碰撞或者運行不穩定。因此，在對汽輪機組進行調整與維護時，需要根據原始數據將軸承間隙重新控制在一個合理的區間內，以確保汽輪機組的健康運轉。

同時，為了保證轉子的運轉順暢，還要對轉子的油膜等構件進行定期的檢查與更換。如果大機組頂軸油沒有調好，就會削弱油膜的工作效果，導致軸承之間的潤滑失靈，加大振動變化。因此，設備的使用者要經常檢查油膜、溢流孔等結構是否合理正常。

4 結語

火電廠660MW機組汽輪出現異常振動的根源是十分復雜的，從長期的工作經歷中總結出來的各種操作流程和歷史數據是當前的管理維護過程中可以運用的經驗。因此，工人一定要在日常的操作中牢記本文對汽輪機組振動異常原因的分析方式，并結合不同的工作環境進行具體應用。同時，管理者還要在以后的工作中不斷學習、仔細思考，發現機組異常的細微變化，爭取找到更快、更方便的判斷、分析方法，為火力發電節省更多的能源，提高發電效率，創造更大的價值。

參考文獻

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作者簡介：馬福澤（1984-），男，甘肅景泰人，大唐景泰發電廠助理工程師，研究方向：集控運行。

（責任編輯：周 瓊）