330MW汽輪機(jī)高壓缸異音分析及處理

薛紹建

（華能淮陰電廠，江蘇 淮安 223001）

某電廠5號(hào)機(jī)組采用國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型單軸、三缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)型號(hào)N330-17.75/540/540，設(shè)有6個(gè)徑向支持軸承，分別座落在5 個(gè)落地式軸承座內(nèi)。主油泵及盤車裝置位于汽輪機(jī)前端，與#1軸承放置于前軸承箱內(nèi)。高壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，四組噴嘴進(jìn)汽。主蒸汽通過(guò)球型三通分兩路進(jìn)入汽機(jī)兩側(cè)對(duì)稱布置的蒸汽室，每個(gè)蒸汽室配有一個(gè)主汽閥和兩個(gè)調(diào)速汽閥。四只調(diào)節(jié)汽閥（以下簡(jiǎn)稱高調(diào)門）分別通過(guò)1#-4#導(dǎo)汽管將蒸汽引入高壓缸，進(jìn)汽示意圖見(jiàn)圖1。

導(dǎo)汽管通過(guò)進(jìn)汽插管進(jìn)入高壓內(nèi)缸進(jìn)汽室。插管與內(nèi)缸壁之間采用三道密封脹圈密封，避免高壓蒸汽從進(jìn)汽插管與內(nèi)缸之間縫隙向內(nèi)外缸夾層漏汽，示意圖見(jiàn)圖2。

某次機(jī)組啟動(dòng)升負(fù)荷過(guò)程中，汽輪機(jī)高壓缸附近突然開(kāi)始發(fā)出異音（高頻尖銳嘯叫聲）。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)前軸承箱（下簡(jiǎn)稱前箱）、高壓缸、四只高壓調(diào)節(jié)汽閥等處均不同程度的出現(xiàn)高頻振動(dòng)。升降負(fù)荷過(guò)程中，前箱上蓋局部振動(dòng)最高達(dá)79.3mm/s，1#、2#高調(diào)門閥體振動(dòng) 13mm/s，高壓缸四只貓爪處振動(dòng)約 0.3mm/s。

1 故障特征分析

1.1 故障特征

（1）振動(dòng)頻譜：前箱、高壓缸、高調(diào)門及進(jìn)汽管道處振動(dòng)頻率相同、變化同步，不同階段可測(cè)得342Hz、420Hz、700Hz或1000Hz以上高頻振動(dòng)，振動(dòng)頻譜圖如圖3所示（取前箱上蓋為例）。

圖1 高壓缸進(jìn)汽示意圖

（2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸振平穩(wěn)，頻譜中未發(fā)現(xiàn)高次諧波。

（3）機(jī)組升降負(fù)荷過(guò)程中，異音和振動(dòng)頻率發(fā)生變化，機(jī)組負(fù)荷降至100MW以下異音逐步消失。

（4）前箱上蓋局部振動(dòng)在342Hz、420Hz烈度最大，伴隨較大噪音；1#、3#高調(diào)門側(cè)振動(dòng)顯著高于2#、4#高調(diào)側(cè)；高壓缸本體振動(dòng)烈度較小。

圖2 高壓缸進(jìn)汽插管密封示意圖

圖3 前軸承箱342HZ振動(dòng)頻譜圖

1.2 故障分析

各部位振動(dòng)頻率相同且同步變化，判斷故障是由同一原因引起的。引起汽輪機(jī)高頻振動(dòng)的原因，分析有三種：①軸瓦等支承部件松動(dòng)引起高次諧波共振；②與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、與轉(zhuǎn)子連接的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備機(jī)械故障引起的高頻振動(dòng)；③汽流紊流產(chǎn)生激振力引發(fā)的高頻振動(dòng)。

①②類故障引起的振動(dòng)，都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子軸振產(chǎn)生影響，頻率與工頻有關(guān)，且不會(huì)自行消失，與現(xiàn)場(chǎng)特征不符合，予以排除。前箱上蓋局部振動(dòng)烈度大，分析是由于前箱上蓋支撐薄弱，外在激振力頻率與前箱局部結(jié)構(gòu)固有頻率重合，產(chǎn)生共振所致。停機(jī)后對(duì)前箱上蓋進(jìn)行敲擊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在343Hz、420Hz有明顯峰值，驗(yàn)證了分析判斷的準(zhǔn)確性。

因此，初步判斷振動(dòng)是由汽流紊流引起的。氣流紊流所產(chǎn)生的激振力頻率會(huì)隨氣流紊流狀態(tài)的改變而改變，比如管道中局部節(jié)流、亂流等，節(jié)流口徑大小變化。結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)，造成汽流紊流有兩種可能原因。

一是主汽門、調(diào)節(jié)汽門等部件產(chǎn)生缺陷，如閥芯、閥座等部件松動(dòng)等造成汽流擾動(dòng)。可通過(guò)運(yùn)行中開(kāi)關(guān)調(diào)門試驗(yàn)進(jìn)行排查。機(jī)組運(yùn)行中分別單獨(dú)關(guān)閉1#、2#、3#、4#高調(diào)門，振動(dòng)未消失。但在開(kāi)關(guān)1#高調(diào)門時(shí)，振動(dòng)頻率變化頻繁。

二是汽缸內(nèi)存在不正常漏汽。缸內(nèi)漏汽對(duì)缸溫有明顯影響。查閱機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，高壓外下缸中部壁溫達(dá)420℃，比正常壁溫高50℃以上。綜上，判斷高壓缸夾層存在異常漏汽是造成高壓缸異音的直接原因。

1.3 漏汽點(diǎn)判斷

對(duì)照高壓缸結(jié)構(gòu)，造成外下缸中部壁溫異常升高，有以下三種漏汽可能：①調(diào)節(jié)級(jí)疏水管在夾層內(nèi)泄漏。不受1#高調(diào)門影響，可以排除；②高壓內(nèi)缸中分面或內(nèi)軸封漏汽。③高壓導(dǎo)汽插管密封漏汽；只有1#導(dǎo)汽插管漏汽同時(shí)滿足影響高壓外下缸壁溫，并與1#高調(diào)門的開(kāi)關(guān)有直接影響。高壓外缸上下缸溫差最高達(dá)80℃，仍低于廠家最高允許值90℃，同時(shí)汽輪機(jī)軸振等參數(shù)平穩(wěn)，決定觀察運(yùn)行，擇機(jī)對(duì)1#進(jìn)汽插管密封部位進(jìn)行檢修。

2 檢查處理及效果驗(yàn)證

利用機(jī)組調(diào)停，從焊縫處割開(kāi)1#進(jìn)汽導(dǎo)管，抽出1#進(jìn)汽插管，解體情況見(jiàn)圖4。經(jīng)檢查：1#進(jìn)汽插管三只密封脹圈被槽道內(nèi)積聚的高溫氧化皮卡死，收縮在槽道中無(wú)法脹開(kāi)。

圖4 高壓缸1#進(jìn)汽插管

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)匯確認(rèn)，脹圈對(duì)應(yīng)的內(nèi)缸插口內(nèi)徑尺寸為230+0.05mm。保持解體狀態(tài)測(cè)量三只脹圈外徑（取0°、90°兩個(gè)方向），計(jì)算得出1#進(jìn)汽插管三道脹圈與高壓內(nèi)缸插口間隙見(jiàn)表1。

表1 1#導(dǎo)汽插管密封環(huán)尺寸及間隙 mm

如表1，1#進(jìn)汽插管密封脹圈卡澀，與內(nèi)缸壁存在0.08～0.5mm不等的間隙，高壓蒸汽從進(jìn)汽室由此間隙高速進(jìn)入夾層內(nèi)，激發(fā)高頻振動(dòng)產(chǎn)生異音。隨著機(jī)組負(fù)荷下降，進(jìn)汽室與夾層蒸汽壓差逐步降低，氣流紊流產(chǎn)生的激振力減弱，直至對(duì)前箱、調(diào)門等部位不再產(chǎn)生影響，異音消失。

進(jìn)汽插管與高壓外缸通過(guò)螺栓固定，脹圈與內(nèi)缸密封。在機(jī)組啟停過(guò)程中，高壓內(nèi)、外缸存在差別膨脹，脹圈受缸膨脹力擠壓時(shí)收縮，因卡澀自身彈性不足以脹開(kāi)，逐步造成三道脹圈全部失效。

經(jīng)清理高溫氧化皮并更換新脹圈，機(jī)組啟動(dòng)后運(yùn)行正常。在不同負(fù)荷及調(diào)門開(kāi)度下，前箱、高調(diào)門、高壓缸等各部位高頻振動(dòng)和異音消失，高壓外下缸溫度一直保持在370℃以下。

3 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)作為主設(shè)備，異音的出現(xiàn)給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大困擾。該故障發(fā)生后，通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)振動(dòng)特征進(jìn)行逐步分析，查找相關(guān)參數(shù)來(lái)佐證分析結(jié)果，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終得出正確判斷。故障得到精準(zhǔn)處理，避免了盲目檢修以及可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。