某電廠350 MW汽輪發電機組振動分析

王 銳

（京能十堰熱電有限公司，湖北 十堰 442000）

0 引 言

某電廠汽輪機采用東方汽輪機廠生產的超臨界、單軸、中間再熱、三缸雙排汽、空冷單抽汽凝汽式汽輪機，高、中壓部分為分缸結構，具有獨立的高壓缸和中壓缸，低壓部分為雙流、雙排汽的低壓缸。高壓部分設計為雙層缸，低壓缸為對稱分流式，為三層缸結構。中壓汽缸采用內缸加隔板套的結構形式，同時中壓汽缸設計成整體錐筒結構。本文對調試期間1號機組出現的振動處理過程進行了較為詳細的分析，以便為同類型機組類似振動故障處理提供參考。

1 首次并網期間4瓦、6瓦振動分析

1.1 振動過程

2018年02月04日1號機組汽輪機第一次沖轉，啟動狀態為冷態啟動，沖轉前：主汽溫445.3 ℃，主汽壓3.39 MPa；再熱汽溫432.3 ℃，再熱汽壓0.65 MPa，背壓21.8 kPa；07:33開始沖轉，07:58轉速1 200 r/min低速暖機；09:22汽輪機轉速2 450 r/min，4Y振動由14.97 μm開始下降，09:24汽輪機轉速2 450 r/min，4Y振動下降至10.66 μm后開始快速上升；4X振動由36.75 μm開始下降，09:27下降至12.02 μm后開始快速上升；09:58降轉速，10:07轉速降至500 r/min，系統各參數正常，10：50軸系參數正常開始提升轉速。10:58轉速升至1 100 r/min，6瓦X/Y、5瓦X/Y振動上升速度快，調整軸封低壓汽封溫度1至165 ℃、調整軸封低壓汽封溫度2～159.8 ℃，調整軸封溫度期間5瓦、6瓦振動均有下降，但是下降一定范圍后開始迅速上升。12:24凝汽器低壓缸排汽溫度高汽機跳閘；13:09盤車投入，偏心22.18 μm。

19:02調整啟動參數后：主汽溫393 ℃，主汽壓力4.5 MPa；再熱蒸汽溫度400 ℃，再熱蒸汽壓力0.87 MPa，背壓18.3 kPa；19:40機組定速3 000 r/min，運行參數穩定無異常。

1.2 原因分析

1.2.1 4瓦振動大原因分析

通過對比廠家啟動曲線的沖轉參數，首次沖轉期間機組參數較廠家推薦參數偏高，廠家推薦的參數為主汽溫380 ℃，主汽壓8.73 MPa；再熱汽溫330 ℃，再熱汽壓1.1 MPa，但本次沖轉參數為主汽溫445.3 ℃，主汽壓力3.39 MPa；再熱汽溫432.3 ℃，再熱汽壓0.65 MPa，在沖轉期間4X振動在轉速升至2 450 r/min后振動出現波動。通過振動檢測裝置分析，結果為中壓缸后汽封（4瓦）從沖轉開始一直存在碰磨，沖轉期間4瓦相位角不穩定，且始終伴有2倍頻（2X）分量。

根據二十五項反措要求，啟動前蒸汽溫度必須高于汽缸最高金屬溫度50 ℃，但不超過額定蒸汽溫度，且蒸汽過熱度不低于50 ℃。如果沖轉參數偏離廠家要求值太大，沖轉期間容易造成機組受熱不均勻，引起動靜碰磨，從技術上較難控制.這是本次沖轉4瓦振動大的根本原因。

1.2.2 6瓦振動原因分析

機組在啟動極低負荷階段由于蒸汽流量少，汽輪機低壓缸存在鼓風現象。汽輪機軸封供汽由輔助蒸汽供給，低壓軸封進汽量少。為控制汽輪機低壓缸排汽溫度，低壓缸減溫水始終投入，在降低低壓缸排汽溫度的同時，也會對低壓軸封溫度造成干擾，使低壓軸封溫度不穩定，導致軸封處金屬受熱不均[1]。這是造成5X、6X頻繁交替振動大的原因。

沖轉期間，通過振動檢測分析5X相位角時不穩定，時有2倍頻（2X）分量擾動。且5X軸心水平偏移量較大，約200 μm，垂直偏移量約95 μm，6X軸心水平偏移量較大，約160 μm，垂直偏移量約128 μm。

1.3 采取措施

（1）停機后復查汽輪機低壓缸減溫水霧化效果。

（2）清理低壓軸封支管進汽管道濾網。

（3）低壓軸封支管增加疏水管道。

（4）加強低壓軸封進入凝汽器部分豎直管道的保溫。

（5）確認#5、#6瓦軸封支管的布置距離，調整低壓軸封支管長度，保證低壓缸前后軸封支管距離相等。

（6）嚴格控制啟動參數，按照東汽廠家說明書要求執行。

（7）建議對中壓缸后汽封進行檢查。

（8）建議聯系東汽振動專家到現場共同分析原因。

2 1號機組高負荷時，2瓦軸振大

2.1 振動過程

8月26日，1號機組熱態啟動后，在高負荷區2瓦軸振X、Y向多次發生振動突升現象。第一次發生在8月27日11:49，當時機組負荷275 MW、主汽壓力21.15 MPa、溫度535 ℃，再熱蒸汽壓力3.63 MPa、溫度545 ℃，2瓦軸振X/Y向由28/19 μm突然上升，最大峰值達114/76 μm。12:13負荷296 MW，振動回落至37/16 μm。截止9月29日13:40機組停機，共發生約17次明顯的振動突增現象。汽機啟動過臨界至3 000轉，帶低負荷軸瓦振動值優良，在260 MW、280 MW、310 MW及350 MW不同負荷都出現過低頻振動。

2.2 原因分析

查相關數據，2瓦軸振X/Y向振動突增時，0.5倍頻分量增大較多。在9月29日23:41的振動突增時，2瓦軸振X向，通頻振幅127 μm、0.5倍頻振幅為119.97 μm、倍頻振幅為17.6 μm；2瓦軸振Y向，通頻振幅79.07 μm、0.5倍頻振幅為71.95 μm、倍頻振幅為10.95 μm。影響半頻振動的因素主要有油膜振蕩及氣流激振，現2瓦為可傾瓦形式軸瓦，穩定性高，觀察2瓦鎢金溫度在80 ℃，軸瓦負載合適，可排除油膜振蕩因素。振動主要是自激振動特征，符合半速渦動及氣流自激振動特征，在運行中將潤滑油溫度提高2～43 ℃后，減小油膜厚度，振動情況稍有好轉，但振動突增現象仍然時有發生[2]。調取歷史曲線發現，從啟機至帶滿負荷觀察前，軸承箱絕對脹差值還未達到設計值，最大值19.98 mm，設計值約25 mm。這說明高中壓汽缸由于管道推力大、膨脹受阻，出現動靜間隙圓周徑向變化，引起汽流擾動，軸瓦出現振動[3]。

此外，通過調取歷史曲線發現，隨負荷增加，一段抽汽壓力與再熱蒸汽壓力差逐漸增加，導致進入中壓缸的冷卻蒸汽流量（中壓葉輪冷卻蒸汽）也逐漸增加，現象是冷卻蒸汽溫度的下降。由于冷卻蒸汽進入首級隔板內部環形汽道后，由周向布置的小孔向后噴出，進入首級隔板與葉輪間的腔室，由于中壓首級葉輪無平衡孔，汽流變為由軸心向外輻射狀旋轉流動，通過葉根汽封進入首級動葉片前，以接近90°夾角與主汽流匯流，對主汽流形成擾動。同時，冷卻汽流向外輻射流動時的周向不均衡性也造成汽流的不穩定[4]。這兩點導致中壓轉子汽流激振發生，導致2瓦軸振X/Y向振動在高負荷時突增，再次機組啟動后可通過調整冷卻蒸汽流量來驗證對振動的影響。

2.3 處理措施

（1）2瓦頂隙為0.60/0.62 mm，標準為：0.485～0.635。頂部間隙為上限，為增強軸瓦的抗擾穩定性，通過上瓦塊加0.10 mm墊片，減小2瓦頂部間隙，提高油膜阻尼。

（2）下次啟機時，主機參數控制穩定，可以進行關閉中壓首級葉輪冷卻蒸汽流量的方法驗證是否對2瓦軸振有影響。

（3）做變閥序試驗，觀察順序閥方式下軸瓦振動的變化，由中國電力科學研究院出調試方案。

（4）因上次啟機帶負荷汽缸還沒有充分膨脹，機組未達到熱態最終狀態，需要進一步觀察振動變化情況。

（5）機組供熱季結束后，將2瓦汽封（高壓缸進汽口）更換為東汽推薦的防旋汽封。

3 結 論

本文對某電廠350 MW汽輪機在調試期間出現的一系列振動問題進行了總結分析。結果表明如果沖轉參數偏離廠家要求值太大，沖轉期間容易造成機組受熱不均勻，引起動靜碰磨，從技術上較難控制；沖轉期間，對于軸封減溫水的投入要慎重，軸封減溫水的投入會導致低壓軸封溫度不穩定，造成低壓缸軸承碰磨振動頻繁上下波動；機組帶高負荷后，高中壓汽缸由于管道推力過大、膨脹受阻，出現動靜間隙圓周徑向變化，引起汽流擾動，間隙汽流渦動引起高壓轉子振動增大；高負荷后，中壓葉輪冷卻蒸汽流量變化同樣會導致高壓轉子區域動靜間隙汽流渦動，引起軸系失穩，出現汽流激振。