汽輪機#1瓦軸振動異常原因分析及處理措施

李東升

[摘? ? 要]許昌龍崗發電有限責任公司2號機組350MW亞臨界單軸雙缸雙排汽、一次再熱冷凝式汽輪發電機組，機組正常運行中，在低負荷階段，頻繁發生#1瓦軸振波動問題，振動波動持續時長約2h。針對#1瓦軸振波動情況，邀請大唐華中電力試驗研究院，對#1瓦軸振動數據進行在線采集，并進行故障診斷，分析認為#1瓦軸振動是軸承外油擋積碳嚴重導致動靜碰磨，引起振動波動大，通過對#1瓦軸油擋處積碳進行清理，并將油擋間隙調整至設計值，機組啟動后，振動正常，未出現波動情況，保證了機組安全穩定運行。

[關鍵詞]汽輪發電機組;軸系;振動;波動

[中圖分類號]TM621 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–00–03

Cause Analysis and Treatment Measures for Abnormal Vibration of

Steam Turbine 1 Bearing

Li Dong-sheng

[Abstract]In the normal operation of 350MW subcritical single shaft double cylinder double exhaust and once reheat condensing steam turbine generator unit of Xuchang Longgang Power Generation Co.， Ltd.， in the low load stage， the vibration fluctuation of? bearing shaft occurs frequently， and the vibration fluctuation lasts for about two hours. According to the vibration fluctuation of Normal， no fluctuations， to ensure the safe and stable operation of the unit.

[Keywords]steam turbine generator set; shafting; vibration; fluctuation

許昌龍崗發電有限責任公司兩臺350 MW機組（編號分別為#1、#2）由美國西屋公司總承包，上海汽輪機廠組裝建造，2001年投入商業運行，該機組為亞臨界單軸雙缸雙排汽、一次再熱冷凝式汽輪發電機組，高中壓缸采用合缸，高中壓轉子一體，采用整體鍛造，為減少機組運行時的軸向推力，在設計和制造上采用高、中壓缸合缸對稱布置，低壓缸雙缸、進汽分流布置，這樣可以在運行時相互抵消部分軸向推力，從而可以減輕推力軸承的負荷，并可減小推力軸承的尺寸，大大提高安全運行系數。

汽輪機的通流部分分為：高缸、中缸、低缸3部分組成，由鍋爐過熱器來的新蒸汽首先進入高壓缸做功，做過功的蒸汽返回到鍋爐再熱器進行加熱，溫度提到額定值后再到中缸做功，而后排到低缸，乏汽回到凝汽器。汽輪機缸體均采用雙層缸結構，由內缸和外缸分別承受機械應力和熱應力，雙層缸可減輕每層缸所承受的綜合應力，由于每層缸所承受的應力下降，可相應的降低每層汽缸的厚度，減少貴重金屬的消耗量，降低設備的成本，提高電廠的經濟性。汽輪機噴嘴隔板組裝在內缸上，每級隔板與轉子之間均有梳齒汽封，使汽輪機級內損失減小到最小以提高機組的內效率。高缸有一個調節級、和14個壓力級，中缸有8個壓力級，低缸有2×7個壓力級，其低壓缸末級葉片長度為980 mm。本機組共有7個軸瓦，#1、#2軸瓦支撐高中壓轉子，#3、#4軸瓦支撐低壓轉子，#5、#6軸瓦為發電機的2個端蓋軸瓦，#7軸瓦為勵磁機支撐軸承。其中#1、#2、#3、#4、#5、#6軸瓦為可傾瓦。支持軸承形式：巴氏合金自找中圓形推力軸承組成，各轉子之間用剛性聯軸器連接。

由鍋爐過熱器來的一次汽經過汽機側主蒸汽管道三通后，分為兩路經高壓主汽門、調節汽門進入高壓缸做功，鍋爐再熱器來的二次汽經過汽機側再熱蒸汽管道三通后，分為兩路經中壓主汽門、調節汽門進入中、低壓缸做功。高壓缸有兩個主汽門和四個調節汽門，中壓缸有兩個主汽門和兩個調節汽門，由上海汽輪機廠生產，性能可靠，使汽輪機在整個運行范圍內能夠隨意選擇節流調節與噴嘴調節，并能夠實現兩者間無擾切換，從而達到有效控制汽機出力及轉速的目的。

軸系結構，如圖1所示：

#1軸承是由四塊巴氏合金組成的自找中型軸承軸承油系統，潤滑油通過四個位于水平和垂直中心線的明管進入軸承瓦塊，同時為了防止大量的油從軸承端泄漏，采用了油密封環和油封環護圈由軸承支承環支撐并被其平分。

1 事件描述

2018年3月1日4點55分，監盤發現：2號機1瓦X向振動由77 μm突增至106 μm，Y向振動由88 μm突增至114 μm，后緩慢下降至突變前數值，盤前檢查機組負荷、大機調門開度、大機潤滑油溫、主汽溫穩定，派巡檢就地檢查未發現異常。查歷史數據，2號機剛啟動時175 MW穩定負荷下#1瓦軸振動為61 μm/68 μm，現175 MW穩定負荷下#1瓦軸振動逐步增大至72 μm/81 μm。

2018年3月23日至3月24日，聯系大唐華中電力試驗研究院對振動原因進行分析，并對機組振動情況進行監測。自3月1日以來，運行中，#1瓦軸承軸振出現多次波動，其中，x軸振最大至111 μm，y軸振最大至119 μm，振動波動持續時長約1-2h。查看運行數據，未發現與振動趨勢明顯相關參數，振動波動以基頻分量為主，分析認為振動波動是動靜部件碰磨導致，如表1所示。

2019年4月11日前夜班，23：30監盤發現2號機大機#1瓦軸振緩慢上漲，x：上漲至113 μm（正常73 μm），y：上漲至118 μm（正常80 μm）;#2瓦軸振下降，x：下降至37 μm（正常47 μm），y：下降至38 μm（正常48 μm），其他軸振無明顯變化。查看大機高低加、潤滑油、TSI各參數無異常，00：15#1瓦軸振自動逐步恢復至正常值。查看運行數據，未發現與振動趨勢明顯相關參數。

2 原因分析

2號機組#1瓦軸自2018年3月1日以來，機組正常重，頻繁出現#1瓦軸振動波動問題，然后緩慢下降至突變前數值，查詢歷史數據，未未發現與振動趨勢明顯相關參數。

根據2號機#1瓦軸振動波動數據以及華中院對#1瓦軸振動在線監測情況，結合#1瓦軸結構，分析振動原因如下：

2.1 汽流激振引起#1瓦軸振波動

汽流激振多發生在高中壓轉子上，屬于典型的低頻失穩振動，振動分量以0.5倍頻分量為主，結合華中院振動分析報告，#1瓦軸承振動波動以基頻分量為主，排處汽流激振引起#1瓦軸振波動。

2.2 汽輪機調節閥運行方式不合理造成#1瓦軸振波動

2號機組配汽機構采用噴嘴調節，噴嘴配汽如果設計不合理，調節級在部分進汽時會產生較大的配汽不平衡汽流力，影響機組安全穩定運行，同時由于轉子軸心位置發生偏移，支撐高壓轉子的油膜厚度發生變化，造成軸瓦穩定性差，振動增加。高壓部分配置2個高壓主汽調節聯合閥，共2個主汽閥、4個高壓調閥;對應關系為TV1—GV1/3、TV2—GV2/4。高壓調閥原設計閥序為GV3/4→GV2→GV1，布置示意圖如圖2所示，聯系熱控人員將閥序改為GV3/4→GV1→GV2，通過運行，#1瓦軸在低負荷時仍出現振動波動情況，排除汽輪機調節閥閥序設計不合理造成#1瓦軸振波動。

2.3 油膜振蕩引起#1瓦軸振波動

發生油膜振蕩時，振幅突然增加，聲音異常，軸承潤滑油溫度變化對振動有明顯的影響，降低潤滑油溫度可以有效低抑制振動。通過就地聽針檢查#1瓦軸未發現異常聲音，同時，聯系運行人員調整潤滑油溫度，振動變化趨勢不明顯，排除油膜振蕩引起#1瓦軸振波動。

2.4 #1瓦軸零部件松動或有缺陷導致振動波動

汽輪機軸瓦對汽輪機轉子起支撐作用，機組運行過程中，各種振動會使零部件發生松動，無法有效地汽輪機轉子進行約束，同時，零部件松動會造成與轉子動靜碰磨，導致振動大，另外，軸瓦有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫胎、龜裂，軸瓦按照間隙不合格，瓦殼在軸承座中松動等均會造成振動波動，對#1瓦解體未發現零部件松動問題，復測軸瓦間隙，金相檢查軸瓦鎢金均正常。

2.5 #1瓦軸外油擋積碳導致動靜碰磨引起振動波動

高中壓缸調速器端與#1瓦軸承室間距較小，受軸封體處保溫層厚度和保溫質量的影響，高中壓轉子油檔處的溫度較高，機組運行中高中壓轉子油檔處溫度始終在100 ℃以上。在軸承箱的微負壓作用下，進入油擋的贓物也隨之增多，油擋內殘留的潤滑油和軸承室負壓吸進來的保溫棉絮等雜質混合物黏結在油擋密封齒上，形成碳化固體顆粒，堵塞在油擋上銅齒間，在高溫作用下形成積碳。當積碳高出銅齒并達到一定高度后，與轉子發生碰磨引起振動。機組振動將積碳磨掉后，軸系重新達到穩定狀態，軸承振動恢復正常值，隨著新積碳的產生，又發生振動，如此反復。

3 處理措施

2019年6月22日，針對2號機#1瓦軸承軸振運行中振動波動大，通過修前對1瓦軸承振動進行監測分析，結合就地檢查情況，以及1瓦振動頻譜圖，認為2號機#1瓦軸處外油擋存在碰磨導致，6月24日，揭開#1瓦軸后，軸瓦本體檢查正常，安裝間隙等符合設計標準，檢查外油擋后發現1瓦外油擋處積碳嚴重，對2號機#1瓦軸外油擋處積碳進行清理后，2019年7月3日，2號機啟動后并網運行后，#1瓦軸承軸振正常，未出現波動情況。

4 結語

汽輪發電機組擔負著火力發電企業發電任務的重點，由于其運行時間長、關鍵部位長期磨損等原因，汽輪機組故障時常出現，嚴重影響發電機組的正常運行，汽輪機組異常振動是汽輪機常見故障中較為復雜的一種，汽輪機運行中振動大小，是機組安全與經濟運行的重要指標，也是判斷機組檢修的重要指標。汽輪機運轉中振動大，可能會造成軸封磨損、軸瓦損壞、轉動部件材料的疲勞強度降低、調速系統不穩定、危急遮斷器誤動作等，嚴重影響機組的正常運行。

積碳碰磨引起的振動波動問題主要原因是#1瓦軸外油檔齒處積碳造成的動靜摩擦引起，通過按照檢修質量標準調整油擋間隙，并定期清理油擋積碳，以減緩油檔積碳速度、降低發生碰磨引起振動的可能性。

參考文獻

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