國外某型60Hz汽輪機組振動問題分析及處理

溫景志

（黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

1 概述

國外某項目#1機自2014年9月第一次啟機至2014年10月進入RTR期間，汽輪機軸系各瓦在數次啟停、帶負荷實驗、超速實驗、滿負荷實驗、甩負荷實驗等工況下各瓦振動參數良好，未發現存在異常振動現象，其中在10月20日22:00至21日08:00期間以滿負荷狀態運行10 h，最高負荷達到138 MW，汽輪機軸系各瓦振動參數良好。

10月21日08:00機組進入RTR（72+24）實驗階段，23日11:30因鍋爐滅火導致機組停機，圖1～圖3為鍋爐滅火前汽輪機軸系各瓦振動頻譜數據，從中可以看出#1、#2、#3瓦軸振情況良好。

圖1 1X、1Y振動頻譜（135 MW）

圖2 2X、2Y振動頻譜（135 MW）

機組停機后，隨即熱態啟機定速3600 r/min，開始帶負荷，16:26帶滿負荷至135 MW，RTR實驗開始重新計時。

圖3 3X、3Y振動頻譜（135 MW）

圖4 1X、1Y振動頻譜（135 MW）

圖5 2X、2Y振動頻譜（135 MW）

圖6 3X、3Y振動頻譜（135 MW）

10月24日機組負荷130～135 MW，4:00左右#2瓦軸振發生異常，其中2X振動值在65～95 μm之間快速跳動，最高值跳動到115 μm，從圖4～圖6中可知2瓦低頻分量明顯增大。

25日04:21后振動值波動范圍變大，2X振動值在110～190 μm間快速跳動，最高值跳動到220 μm，其中2X低頻分量最大值為140 μm（29 Hz），機組隨時可能跳機。從圖7～圖9可以得知：#2瓦振動值中低頻分量占主要成分。

圖71 X、1Y振動頻譜（135MW）

圖82 X、2Y振動頻譜（135MW）

圖93 X、3Y振動頻譜（135MW）

為了保證機組安全運行，現場臨時采取調整潤滑油溫和調整閥序兩種措施控制異常振動。以當時潤滑油溫40℃的基礎上調整潤滑油溫，調整范圍為38～44℃，調整潤滑油溫對#2振動異常沒有明顯改善效果。之后，機組由單閥運行模式改為順序閥運行模式，25日14:08關閉#3高壓調閥以增加蒸汽對轉子的下壓力，增加#2瓦載荷，進而提高#2軸承穩定性。改變運行方式后，#2瓦軸振參數明顯下降，如圖10所示。

從圖11～圖14可知，調整閥門順序后，#2瓦軸振明顯下降。如圖10所示，#3高壓調閥關小后，明顯改善了#2瓦的異常振動現象。

圖10 原高壓調閥空間位置

2 原因分析

2.1 汽流擾動因素

通過對#2瓦軸振出現異常時機組運行狀況進行檢查，通過檢查發現高壓內缸疏水管路法蘭發生明顯漏汽現象，之前汽輪機軸系振動參數是良好的（如圖1～圖3），#2瓦振動出現異常時（如圖4～圖9）存在高壓內缸疏水法蘭漏汽現象，高壓內缸疏水漏汽產生的氣流渦動可能是導致#2瓦振動異常的誘因，高壓內缸疏水管路漏汽位置結構示意圖如圖15所示。

圖16為高壓內缸疏水管漏汽時汽流流向示意圖，從圖中可以看出，不漏汽的正常工況，調節級葉頂汽流是均勻流動，漏汽后汽流流動不均勻，汽流對轉子產生擾動，漏汽產生的擾動可能是#2軸振異常的誘因。

圖11 2瓦振動值與3號閥開度

圖121 X、1Y振動頻譜（135 MW）

圖14 3X、3Y振動頻譜（135 MW）

圖15 高壓內缸疏水管路漏汽位置示意圖

前期實驗階段，投入#4高加，直接至凝汽器時，出現#2振動突然上升的情況。#4高加直接排至凝汽器近似于直接排空，大量蒸汽排至凝汽器，汽流產生的擾動引起#2軸振異常。

2.2 結構阻尼因素

#2瓦異常振動的另一個可能原因是#2軸承結構阻尼小，抗擾動能力弱，沒有擾動誘因的時候#2軸承處于穩定運行狀態，但當出現汽流擾動后，#2軸承的穩定狀態被打破，出現了振動異常，汽輪機軸軸承系載荷、比壓數據如表1所示。

圖16 漏汽汽流流向示意圖

表1 軸承載荷、比壓

10月19日機組135 MW功率甩負荷后，15:17機組熱態啟機，啟機過程中，高中壓缸端汽封供汽溫度變化劇烈，引起#2瓦振動值升高至2X：203 μm、2Y：128 μm，之后降速至500 r/min暖機，通過調整端汽封供汽參數后復起，機組成功完成熱態啟機實驗。

3 解決措施

解決措施：1）更換高壓內缸疏水法蘭墊片，解決高壓內缸疏水法蘭漏氣；2）抬高#2瓦標高0.15 mm，降低#1瓦標高0.20 mm，同時調整高中壓外缸貓爪，保持高中壓缸端汽封間隙不變；3）對#2軸瓦軸向雙側，整周車出寬度8 mm的凹槽；4）#2瓦頂隙設計值為0.44～0.52 mm，調整#2瓦頂隙值至0.39 mm；5）優化順序閥開啟方式，優化后順序閥開啟方式如圖19所示。

經過以上調整，技術評估如下：1）設計。以設計揚度值計算的軸承載荷/比壓。2）安裝。以現場安裝記錄的揚度值計算的軸承載荷/比壓。3）調整后。軸系進行調整后的軸承載荷/比壓。

圖17 優化后開閥方式

相關數據為：1）軸系載荷數據（如表2）。2）軸承比壓數據（如表3）。業主邀請的ABB振動專家FRANZ HERA對#2軸承比壓的要求為#2軸承比壓從目前的1.5~1.6 MPa提高到1.8 MPa。3）軸承失穩轉速（如表4）。

4 實施效果驗證

2014年12月6日08:44冷態啟動；500 r/min進行磨檢；09:10轉速1200 r/min暖機20 min；9:42轉速2500 r/min暖機60 min；10:48定速3600 r/min；12:06開始帶負荷；16:54機組負荷68 MW;17:47機組負荷108 MW；18：46機組滿負荷135 MW；12月7日9:20～12:00變負荷工況運行。

表2 軸承載荷 kN

表3 軸承比壓軸承比壓 MPa

表4 軸承失穩轉速 r/min

4.1 汽輪機冷態啟動振動數據

機組冷態啟動，0~3600 r/min過程中各瓦振動參數如圖18所示。

圖18 0~3600 r/min過程中各瓦振動參數

4.2 帶負荷工況汽輪機軸系振動數據

單閥運行模式下機組帶負荷各階段頻譜數據如圖19~圖21所示。

12月6日第一次帶滿負荷時，單閥模式下1X軸振95～104 μm，軸振比較穩定，軸振值略高。經過22 h長時間高負荷運行后，12月7日17:00再次單閥滿負荷運行，1X軸振穩定在79～85 μm。12月6日19:36進行順序閥模式運行，順序閥模式下閥門開度為#1→100%、#2→100%、#3→20%、#4→40%，各瓦振動頻譜數據如圖22~圖24所示。

根據負荷工況的圖可知，單閥模式各瓦軸振都比較穩定，1瓦、3瓦X方向軸振值相對略高，其余各瓦軸振參數良好。順序閥模式下汽輪機各瓦軸振參數良好。

圖191 X振動頻譜（108 MW、135 MW）

圖202 X振動頻譜（108 MW、135 MW）

圖213 X振動頻譜（108 MW、135 MW）

圖221 X振動頻譜（120 MW、135 MW）

圖232 X振動頻譜（120 MW、135 MW）

圖243 X振動頻譜（120 MW、135 MW）

5 結論

1）汽輪機軸系各瓦的振動都是基頻振動，未出現低頻以及高頻振動，10月25日出現的2瓦低頻振動現象消失，可以說明，對汽輪機軸系各瓦的處理方案合理有效，問題得到徹底解決；2）機組冷態啟動過程中汽輪機軸系各瓦軸振參數良好，滿足規范要求；3）帶負荷工況下，機組振動穩定性較好，滿足運行要求；4）變負荷運行工況證明，汽輪機機組變負荷能力良好。