某660 MW汽輪機(jī)試運(yùn)過程中振動問題分析及處理

張澤斌，張勤，魏優(yōu)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

某660 MW汽輪機(jī)試運(yùn)過程中振動問題分析及處理

張澤斌，張勤，魏優(yōu)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

某新超超臨界660 MW機(jī)組采用了全新結(jié)構(gòu)，通過對此類型機(jī)組啟動試運(yùn)過程中發(fā)生的振動問題進(jìn)行介紹、分析和處理，給出了此類型機(jī)組振動問題的解決辦法。

超超臨界660 MW機(jī)組，汽流激振，膨脹不暢

0 引言

某電廠兩臺機(jī)組的汽輪機(jī)采用全新一代超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、抽汽凝汽式660 MW汽輪機(jī)。機(jī)組從機(jī)頭至機(jī)尾依次串聯(lián)1個高壓缸，1個中壓缸和2個低壓缸。其中高壓通流反向布置，共12個壓力級；中壓通流正向布置，9個壓力級；低壓通流雙分流布置，共2×2×5個壓力級。

高壓模塊中，高壓外缸采用傳統(tǒng)中分面結(jié)構(gòu)。高壓缸配汽方式為節(jié)流配汽，上下切向進(jìn)汽。新結(jié)構(gòu)對稱、變形小，機(jī)組啟動過程中，圓周間隙均勻，對機(jī)組啟動有利。在機(jī)組試運(yùn)中，1#軸振多次出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)高壓缸膨脹受大管道阻礙、高壓內(nèi)缸靜子與高壓轉(zhuǎn)子中心偏差較大，經(jīng)調(diào)整處理后，機(jī)組異常振動得以解決。

1 機(jī)組啟動期間振動介紹

機(jī)組定速3 000 r/min時，各軸承振動優(yōu)良，但在升負(fù)荷過程中1#軸振多次快速增大，減負(fù)荷后振動幅值回落。最早出現(xiàn)振動增大的負(fù)荷大致為343 MW，隨著負(fù)荷升高，1#軸振幅值突增，幅度也在增大。在1#軸振幅值異常增大期間，其他軸振幅值變化不大。圖1是機(jī)組帶負(fù)荷至503 MW期間1Y軸振瀑布圖，從圖1可見，1#軸承基頻振動一直穩(wěn)定，且幅值較小；1Y軸振動增大主要系低頻振動所致，低頻振動頻率為27.3 Hz。

圖1 1Y軸振動瀑布圖

現(xiàn)場嘗試了改變軸承潤滑油供油溫度、啟動頂軸油泵、強(qiáng)制CV1和CV2形成不同的開度等試驗，后兩項措施對振動無明顯影響。降低潤滑油供油溫度可使振動波動的負(fù)荷點(diǎn)提高30～50 MW，即對低頻振動有抑制作用，但效果有限。

總結(jié)機(jī)組1#軸振存在如下特點(diǎn):

（1）1#軸承振動為低頻振動，振動頻率為27.3 Hz；

（2）潤滑油溫度從40℃降低至36℃后，對低頻振動有抑制作用，但抑制程度有限；

（3）機(jī)組振動突增的負(fù)荷點(diǎn)并不確定，同一負(fù)荷點(diǎn)有時振動比較穩(wěn)定，有時振動幅值大幅增加；

（4）1#軸承金屬溫度存在隨機(jī)組負(fù)荷升高而下降的趨勢，從并網(wǎng)初期的79℃，已經(jīng)降低至570 MW時的68℃左右（期間油溫降低約5℃）；

（5）機(jī)組最高負(fù)荷約570 MW時，1#軸承振動增大時其幅值超過200 μm。

由于升高負(fù)荷過程中1#軸振幅值多次異常增大，影響機(jī)組安全運(yùn)行，需分析處理。

2 振動分析

從振動現(xiàn)象看，機(jī)組軸振異常主要是1#軸承處，重點(diǎn)對1#軸承振動原因進(jìn)行分析。

汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)低頻振動，主要可能原因為:摩擦振動、油膜渦動、汽流激振。出現(xiàn)摩擦振動時工頻振動的幅值及相位會有明顯變化，與該機(jī)特征不符。

汽流激振屬于自激振動，與負(fù)荷有關(guān)，主要發(fā)生于高參數(shù)大容量機(jī)組的高壓轉(zhuǎn)子上。其振動會隨著負(fù)荷增大到某一最大臨界負(fù)荷時瞬間發(fā)散，有較好的重復(fù)性。振動頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速相關(guān)。汽流激振的發(fā)生與汽輪機(jī)蒸汽流量有一定的關(guān)系，而與工作轉(zhuǎn)速無關(guān)，這是它與油膜渦動的主要區(qū)別。

從機(jī)組的振動特點(diǎn)看，與汽流激振相似。在機(jī)組負(fù)荷增大后，1#軸承負(fù)載明顯減輕，降低了軸承的穩(wěn)定性，同時汽流激振力增大，造成1#軸振發(fā)生蒸汽自激振動。可以確定1#軸承振動過大由汽流激振引起。

根據(jù)目前公認(rèn)的研究成果，汽輪機(jī)汽流激振來自3個方面:即葉片頂隙激振、密封流體激振與作用于高、中壓轉(zhuǎn)子上的不均衡靜態(tài)蒸汽力[1]。簡言之:汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心相對靜子中心的靜偏心（由于機(jī)組安裝不規(guī)范、徑向通流不均勻或者機(jī)組運(yùn)行一段時間后滑銷系統(tǒng)間隙變大導(dǎo)致汽缸跑偏產(chǎn)生）使動靜間隙不均致轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)動方向發(fā)生渦動，產(chǎn)生葉頂間隙激振；轉(zhuǎn)子、靜子間不同心或動態(tài)偏心渦動，使汽封各齒間形成的腔室空間大小不均，導(dǎo)致各腔室的蒸汽壓力不均勻，會產(chǎn)生一個垂直于轉(zhuǎn)子偏心方向的合力，加劇轉(zhuǎn)子渦動，發(fā)生密封流體激振。總之，汽流激振主要是缸內(nèi)動靜間隙不均勻引起的振動。

3 處理措施及結(jié)果

根據(jù)上述1#軸承振動原因分析，停機(jī)后檢修時立足于查找引起汽流激振的高壓缸“跑偏”原因是處理1#軸承振動的主要方法；適當(dāng)增加1#軸承載荷是輔助手段。

機(jī)組停機(jī)冷卻到常溫后:

（1）拆除高壓缸上半端汽封，按圖2測量高壓轉(zhuǎn)子與外缸左、右、上方向“Y”值，確認(rèn)是否存在跑偏情況（兩側(cè)端汽封處徑向尺寸“Y”值符合設(shè)計要求，即認(rèn)為整個高壓徑向通流間隙正確）。

圖2 高壓轉(zhuǎn)子與汽缸定位尺寸示意圖

高壓缸兩端轉(zhuǎn)子與汽缸相對位置實(shí)測值如表1所示。

表1 高壓轉(zhuǎn)子與汽缸定位尺寸

表1數(shù)據(jù)顯示，相對廠內(nèi)總裝測量值而言，檢修時左側(cè)測量值變大，而右側(cè)測量值變小。這表明汽缸相對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了向左的位移，汽缸向左跑偏。高壓動靜中心偏移量汽機(jī)端（1#軸承端）1.01 mm，電機(jī)端（2#軸承端）0.28 mm。

復(fù)裝時，自由狀態(tài)下重新配準(zhǔn)貓爪和立鍵墊片，恢復(fù)動靜間隙為廠內(nèi)總裝值，以校正高壓通流動靜中心偏差，保證徑向間隙均勻。

（2）根據(jù)經(jīng)驗，查找并排除干涉。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)高壓排汽管與支架干涉，詳見圖3。

圖3 高壓排汽管與支架干涉部位

高排管與支吊架門梁擋干涉，會影響高壓缸膨脹，此外還會引起高壓缸向一側(cè)“跑偏”。為此，停機(jī)檢修時將擋塊割除，留出足夠膨脹間隙，見圖4。

圖4 高壓排汽管與支架

在恢復(fù)中心及處理干涉問題后，再次開機(jī)，THA工況下1#軸承未出現(xiàn)振動過大問題，整個軸系振動良好，運(yùn)行穩(wěn)定。

THA（660 MW）工況下，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行畫面見圖5。

圖5 THA工況機(jī)組運(yùn)行畫面

4 總結(jié)

汽輪機(jī)運(yùn)行過程中動靜間隙周向不均勻是引起汽流激振的主要原因。高壓缸膨脹受阻導(dǎo)致高壓通流間隙一致性變差，同時汽缸跑偏加劇了動靜間隙的不均勻度。通過以高壓缸端汽封處動、靜間隙為基準(zhǔn)校正通流間隙，保證高壓缸自由膨脹，防止滑銷系統(tǒng)跑偏是解決汽流激振問題的有效手段。采用上述手段后，機(jī)組振動問題得到徹底解決。

[1]陳佐一.流體激振[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

Analysis and Treatment of Vibration Problem in Operation Process of a 660 MW Steam Turbine

Zhang Zebin，Zhang Qin，Wei You

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

The solution methods of vibration problem of new ultra-supercritical 660 MW steam turbine are proposed through the introduction and analysis of this kind of problem in the operation process.

ultra-supercritical 660 MW steam turbine,steam flow excited vibration,incomplete expansion

TK267

A

1674-9987（2017）02-0001-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.02.001

張澤斌（1966-），男，大專，工程師，透平制造專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪機(jī)安裝運(yùn)行服務(wù)工作。