汽輪機順序閥運行期間軸振大原因分析與處理

張林

摘 要：汽輪發電機組的振動大小，是用來評價汽輪發電機組運行的重要指標。對于汽輪發電組來說，機組輕微的振動是無法避免的，只要保證振動的幅值不超過規定的標準屬于正常振動。對汽輪發電機組運行沒有很大的影響，但是當振動超過標準值后，對整個汽輪發電機組都面對著設備損壞的風險，因此，針對汽輪發電機組振動原因的分析與處理就顯得尤為重要。特別對于新安裝、檢修后的機組，必須經過機組試運，確認各瓦振、軸振在標準范圍內，方可將啟動機組并投入運行。如發現有振動超標的必須查找原因，和采取有效措施將振動降到合格范圍內，才可投入正常運行。本文介紹了某發電廠出現的多次軸振大的情況及處理過程，并對汽輪機組低頻振動形式的特點和原因進行了介紹和分析。

關鍵詞：汽輪機;低頻振動;汽流激振

1 某發電廠機組振動情況

某發電廠#2機為上海汽輪機廠生產的超臨界、中間一次再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、8級回熱、反動式汽輪機，額定出力600MW，額定轉速3000r/min。汽輪機軸系部分由1根高中壓轉子、2根低壓轉子等組成，2根低壓轉子通過1根中間軸連接。高中壓轉子和低壓轉子的徑向軸承（#1-#6，#9）都采用可傾瓦軸承，#7和#8軸承采用橢圓瓦軸承。#2汽輪發電機組在調試期間，一直存在著單閥切換為順序閥運時，1號軸頸軸振大問題，且單閥運行時1X向一直存在有不穩定跳變。

機組投產后，為滿足#2機安全運行，一直采用單閥運行方式。2017年11月27日，嘗試再次對#2汽輪機進行單閥切順序閥運行，11：44負荷450MW，開始進行單閥切順序閥，鍋爐開始升壓，11：59#2高調門關至10%， #1軸承溫度升至84攝氏度，繼續升壓， #1高調門開始關閉，關至30%時， 軸承溫度升至105攝氏度（標準：107-113℃）時，停止升壓，取消切閥工作。

2018年3月電廠汽機專業試圖通過將#2機閥序由3/4-1-2更改為3/4-2-1、1/2-3-4（現場調閥布局圖1），在單閥切順序閥運行過程中，#1軸徑軸振有少量變化，但還是存在有不穩定跳變現象。

2018年5月小修期間對#1瓦進行翻瓦檢查，發現下瓦左側瓦塊有磨痕、右側瓦塊有偏磨現象，上瓦左側瓦塊有輕微偏磨，將軸瓦偏磨處重新修刮，并對軸瓦烏金采用著色探傷檢查，確認鎢金無裂紋、脫胎等缺陷后，按照相關標準對軸瓦各個間隙進行調整并回裝。

#2機小修工作結束后，于2018年6月6日10時35分在機組啟動并運行穩定后，進行單閥切順閥運行，當時#2機組負荷600MW，閥序#1/#2-#3-#4，下進汽。#1軸徑軸振X方向最大199μm，Y方向最大121μm，持續時間1秒（#1、#2調閥全開，#3調閥47%、#4調閥4%），潤滑油溫度正常。22：40順閥切至單閥運行，（用先全開高調閥再切閥的方式）切換過程中大機軸承溫度和振動均無明顯變化，正常。觀察至23：10，#1軸承振動X方向最大60μm，Y方向最大40μm。

2 機組低頻振動的原因和分析

機組在運行期間通過在機組TDM在線檢測系統查看后，發現機組低頻振動主要發生在#2機高中壓缸轉子上1X向偏大，但從主頻來看，一般在0.38X低頻振動為主。一般引起低頻振動主要與軸承油膜振蕩和汽流激振有很大關系，軸承油膜振蕩和汽流激振是汽輪發電機組運行中軸系最容易發生的兩種不穩定自激振動。一般為不穩定的振動特征，均為低頻振動，造成的危害較大。油膜振蕩產生的振動主要與機組安裝、檢修期間軸瓦烏金和軸瓦間隙、參數以及潤滑油溫度等其他外界基礎管道振動因素有很大影響，汽流激振則通常與機組的負荷、葉片、隔板軸封的間隙等有關，主要產生于大容量高參數機組的高壓中壓轉子上。

低頻振動與油膜壓力的大小、潤滑油溫度、軸瓦的結構形式和軸瓦安裝、檢修數據等都有很大的關系，機組油膜壓力的大小可以反應軸承的負載。油膜壓力小，負載輕，極可能導致機組低頻振動的發生，解決。低頻振動還與汽流激振有關，汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現較大量值的低頻分量;二是振動的增大受運行參數的影響明顯，且增大應該呈突發性，如負荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發生汽流激振;對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產生流道紊亂也可能發生汽流激振現象;軸封也可能發生汽流激振現象。

從機組結構形式考慮，該類型機組#1軸承為可傾瓦，小修期間對#1軸承進行翻出檢查，使用著色法對軸瓦鎢金進行檢測，未發現鎢金有脫胎現象。通過在線DCS監測系統對潤滑油進回油溫度進行查看，未發現異常。

3 汽流激振的特征

汽流激振是自激振動，其振動的主要形態為周期性的振動，該振動頻率應是一定的，其頻譜一般是離散譜。其主要特征是：具有良好的再現性，既：當新蒸汽壓力流量（機組負荷）增加時，低頻振幅隨新蒸汽的增加而加大。當新蒸汽壓力流量（機組負荷）降低到某一數值時，低頻振幅恢復正常，該振動發生突變拐點處的振動值，一般稱為門檻值。汽流激振一般還與調門的閥序、閥門重疊度有關，在某個調門開啟或關閉時，低頻振動幅值也隨之而增大或變小，但無拐點突變現象，低頻振動幅值也不大。此時，低頻振動其振幅低于拐地時依然存在，雖有明顯減小，卻并不消失。當發生汽流激振時，大部分機組單閥運行低頻振動明顯小于順序閥運行。

4 消除振動辦法

由汽流激振的特征可知，通過改變調門的閥序有效的避免轉子在單側進汽下，發生徑向偏移和引起周向力矩不平衡。再者，從上述振動狀況來看，機組主要在單閥切順序閥時，極易造成1瓦軸振偏大現象，軸振隨高調門逐漸啟閉而急劇變化，以致超過了振動報警值，該類汽輪機順序閥的形式是根據西屋公司的推薦，采用3-4-1-2（3、4同時開啟）的形式。也就造成在閥切換過程中出現了瓦溫升高，振動也隨之急劇變化。經過現場對汽輪機進汽閥序和閥門重疊度進行重新設定，具體調整：將閥門重疊度調整為10%，將閥序改為1/2-4-3，并進行了單閥切順序閥試驗，#1瓦頻軸振由之前1X向跳變最大值199um降至88um（標準：127um-254um）。

5 振動的在線監測

目前大型機組都裝有軸系監測裝置，對振動進行在線監測，為振動監測及分析創造了良好的條件。對于振動的在線監測，首先要做好記錄工作，以便在發生異常振動時進行對比分析，找出誘發振動的原因。如果在運行時發現機組振動異常，應馬上派人進行現場檢查和測量，如果振動確實超過了規定限值，應做到及時停機，防止對機組造成損壞;對于未超過限值的振動異常增大，要及時查找原因，并采取措施，防止振動繼續增大。如果在線監測儀表未出現異常變化，但現場人員聽到汽輪機組有異常聲響時，也應進行停機檢查，防止葉片脫落或有異物進去汽輪機，對汽輪機組造成破壞。

6 結束語

汽輪發電機組振動產生的原因是十分復雜的，而且每個汽輪機組的情況也都不同，因此需要針對每一個機組，進行一系列的試驗，找出振動的規律，做好記錄工作，結合運行與檢修時的資料，進行綜合分析，才能找到振動的原因，加以消除。在機組檢修和安裝時應嚴格按照標準做好軸系揚度、軸瓦緊力和機組負荷分配的控制工作，確保機組正常負荷工況下軸瓦穩定性能良好，并對汽輪機高中壓轉子、低壓轉子葉頂封、隔板汽封間隙按要求進行調整，防止汽封間隙過大，在機組高負荷運行期間，造成汽流激振的發生。本次是通過改變高壓調閥閥序和閥門重疊度的方法，基本避免了突發性的振動發生，但是在生產運行中，還必須做好振動監測工作。避免異常振動的發生，確保整個汽輪發電組的的安全穩定運行。

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