汽輪機異常振動原因分析及處理

萬興倡

摘? 要：某電廠經檢修啟動運行一周后，在正常運行中，因負荷調整、停運循環水泵后，突發汽輪機3X/4X軸承振動大幅升高，立即啟動循環水泵并快減負荷后振動恢復正常，這之后多次出現振動突升，通過快速降負荷、調整潤滑油溫、啟停潤滑油事故直流油泵、開關低壓缸排汽噴水、調整凝汽器真空等其中一種或多種方法均只能暫時使其降低至正常值，均未找到任何規律，嚴重影響機組運行安全性。后通過振動頻率曲線診斷，判斷為油膜失穩。根據油膜失穩的特征，制定檢修方案，最終開機運行檢驗正常，保障機組的安全穩定運行。

關鍵詞：汽輪機組? 油膜失穩? 振動? 檢修和處理

中圖分類號：TK26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0104-03

Abstract： One week after the maintenance and start-up of a power plant， in the normal operation， after the load adjustment and shutdown of the circulating water pump， the vibration of the 3x / 4x bearing of the steam turbine suddenly increased significantly， the circulating water pump was immediately started and the vibration returned to normal after the quick load reduction. After that， the vibration suddenly increased for many times. Through the quick load reduction， adjustment of the lubricating oil temperature， start and stop of the lubricating oil emergency DC oil pump， low-pressure cylinder exhaust and water spray， adjusting condenser vacuum， switch one or more of the methods， can only temporarily reduce it to normal value， and no rule has been found， which seriously affects the operation safety of the unit. After the vibration frequency curve diagnosis， it is judged that the oil film is unstable. According to the characteristics of oil film instability， develop maintenance plan， and finally start up and run normally to ensure the safe and stable operation of the unit.

Key Words： Steam turbine unit; Oil film instability; Vibration; Maintenance and treatment

某電廠#3汽輪機為東方汽輪機制造有限公司生產的亞臨界、中間再熱、沖動式、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號：N300-16.7/537/537-8，汽輪機高中壓和低壓轉子由#1～#4軸承支持，其中#1、#2瓦為非對稱可傾五瓦塊軸承，#3、#4軸承為帶球面軸瓦套的橢圓軸承，汽輪發電機組共6個支持軸承。#3～#6軸承下瓦設有頂軸油孔。該機組于2007年06月正式投入商業運營。2019年7月29日大修完成，并網穩定運行至2019年12月19日23時打閘停機。

2020年2月28日晚因電網負荷調度再次啟動，3月5日凌晨1點機組正常運行中，因負荷調整、啟停循環水泵后，突發汽輪機3X/4X軸承振動大幅升高，截止4月13日停機，期間多次發生振動突升情況，通過快速降負荷、調整潤滑油溫、啟停潤滑油事故直流油泵、開關低壓缸排汽噴水、調整凝汽器真空等其中一種或多種方法均只能暫時使其降低至正常值，均未找到任何規律，其中最大振幅286um（跳閘值300um，延時5s），嚴重影響機組運行安全性。

1? 振動異常情況概述

通過對振動曲線及數據調查，發現此次振動異常主要表現為：（1）振動突增，變化突然，振動幅度較大，經采取快速降低負荷、啟停直流油泵等進行操作調整后，振動消除較快，振動持續時間相對較短。

（2）振動異常與機組負荷情況、機組運行真空等運行工況無顯著關聯，振動異常無較好預見性。

（3）振動曲線表現出，振動曲線毛刺感強烈。

2? 振動原因分析

經過現場對汽輪機進行連續振動監測，可以發現，在振動異常發生過程中，16.5Hz的低頻振動成分明顯，且占據較大比重，振動發生時，軸心軌跡的變化也較為明顯。而工頻等其他頻率成分與正常運行時相比沒有明顯變化。根據數據分析判斷，造成本次機組汽輪機振動異常的原因為油膜失穩。

另外，對#3機組大修以來的所有啟停過程進行追溯，發現在2019年12月19日機組停機過程中，低壓轉子在952r/min 左右存在顯著峰值，根據失穩機理，油膜失穩力產生后，推動轉子以系統的最低階共振頻率渦動，而16.5Hz的低頻振動轉速基本接近952r/min。

在2019年12月19日機組停機后經現場檢查，發現發電機#5軸承頂軸油管發生斷裂，懷疑在機組滑停轉速980～952r/min過程中#5軸承頂軸油管發生斷裂，發電機轉子失去有效支撐而下墜，軸系已發生不對中，3號軸承負荷脫空。現場查看#3機組軸瓦油膜壓力發現，3號軸瓦的油膜壓力要明顯低于其余各瓦，處于2.3～2.8MPa之間波動。其余各軸瓦油膜壓力相對較為穩定，為4.0MPa左右。

3? 振動檢修方案

#1-#4軸承的解體檢查，數據測量結果如表1。

通過對1-4瓦烏金接觸面檢查發現，無脫胎、裂胎，及胎面發黑現象，烏金完好潤滑。但軸承側隙明顯低于設計值。

#3機組油膜失穩的特征明顯，是導致振動異常的主要原因。同時#3/#4軸瓦橢圓比與設計偏差較大（軸承側隙明顯低于設計值），為無法對低壓轉子行程有效約束。同時由于#3/#4載荷較小，加劇振動的發散。

針對油膜失穩，特制定如下檢修方案：

（1）軸瓦中分面研銑。

本次軸瓦中分面研銑，旨在按制造廠設計要求的下限減小軸承頂隙，增大軸承橢圓比，提高軸承穩定性。

①對軸瓦上半部中分面進行0.10～0.12mm的研銑（外送專業精加工車間進行）。

②研銑需確保軸瓦上部中分面平整度，不得超過0.01mm。

（2）軸系標高調整。

結合機組運行數據，#2軸承的金屬溫度上升，本次檢修調整機組軸系標高，將#2軸承標高下調0.05～0.10mm，#4軸承標高上調0.05～0.10mm，旨在降低#2軸承負荷，進一步提高#3軸承負荷，提高#3軸承壓力比，提升軸承穩定性。

4? 檢修結果

檢修結果如表2所示。

5? 機組啟動檢驗

05月14日，機組開機，機組一次性開機成功，在1750r/min左右的臨界轉速情況下，四號軸承振動最高在70μm左右，三號軸承振動在65μm，完全符合要求。并網加負荷后，四號軸承振動下降至50μm左右，三號軸承振動往上漲在85μm左右穩定。05月15日，機組負荷250MW，四號軸承振動穩定在45μm左右，三號軸承振動穩定在70μm左右。經過幾天負荷加減觀察，四號軸承振動穩定在45μm左右，三號軸承振動穩定在60μm左右，完全負荷機組設計要求，圓滿完成了此次檢修任務。

6? 結語

振動是有很多原因的，通過各種辦法仍找不到其規律時，可以考慮為油膜失穩，在機組發生油膜失穩時，我們應該根據所產生的現象，通過測量振動和頻率來預測油膜振蕩產生的可能性，確定振動來源、軸承間隙和油膜的影響，經過各種調整辦法仍不能消除時，及時停運機組檢修，以保證機組的安全運行。

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