600MW 汽輪機組軸瓦振動分析與處理

王家杰

（皖能合肥發電有限公司，安徽 合肥230041）

600MW 汽輪機軸瓦振動問題多年來一直困擾著汽輪機組的維護人員，600MW 汽輪機組是一項高精度的設備，且振動直接影響著汽輪機組運行的安全性與可靠性. 現代大型汽輪機組的運行中，都會配備相應的監視設備，加強對汽輪機軸瓦振動的運行監控用以保證設備的穩定和安全，由于汽輪機在運行的過程中是不能中止的，這就要求為保障汽輪機組的安全運行需要根據600MW 汽輪機組的振動情況進行現場實際分析，確定產生振動的原因，從而采用針對性的方法予以解決。

1 600MW 汽輪機組軸瓦產生振動的原因及機理

1.1 產生振動的現象

600MW 汽輪機組的機械結構原理圖如下圖1 所示。

圖1 600MW 汽輪機組的機械結構原理圖

（1）機組順閥運行#1 軸承振動增大時振動測試結果（測試數據由電科院提供）：高中壓轉子一階臨界轉速1540r/min，但600MW 負荷振動波動時為標準同相振動，同時#2、#3 軸承也為標準同相振動，表明高中壓轉子受到跨外影響嚴重。

（2）600MW 負荷各瓦瓦溫（DCS 數據）：#2 軸承瓦溫明顯比#1、#3 高近20℃，表明#2 軸承載荷較重。同時，#1、#3 瓦1 點溫度高于2 點但#2 瓦溫卻是2 點溫度高于1 點，表明#2 瓦油膜偏于3 象限而#1、#3 瓦油膜偏于4 象限。600MW 汽輪機組帶負荷過程#1 號軸承振動及GV 閥開度趨勢圖如下圖2 所示。

圖2 帶負荷過程#1 號軸承振動及GV 閥開度趨勢圖（DCS 數據）

單閥工況#1 軸承振動平衡正常，順閥工況1Y 明顯隨GV2閥位波動而波動，但當GV1 開始開啟后1Y 振動波動消失，而GV1 關閉后隨GV2 閥波動1Y 幅值再次明顯波動。甚至波動次數、峰值都與GV2 閥位波動完全對應。

1.2 軸瓦產生振動的機理分析

（1）高中壓轉子與低壓I 轉子經由#1、#2、#3 軸承形成蹺蹺板，支點為#2 軸承：機組軸封系統在進入自密封后，因#1 軸承側高排端出汽壓力高于#2 軸承側中排端出汽壓力，常導致中壓端軸封出汽不暢，除沿徑向出汽至軸封母管外，還沿軸向部分出汽，致使#2 軸承座上抬（現場實測可上抬400m 至1mm）；此外，#3 軸承為掛缸軸承，隨機組背壓變化，其相對于冷態有下沉趨勢。兩方面加重了#2 軸承的載荷，導致#2 軸承瓦溫高（有的可達95℃以上）及左右瓦溫偏差大（可達20℃以上）。

（2）基于動壓滑動軸承的工作原理，通常油膜應形成在3 象限（順時針旋轉），所以現場往往觀察到X 方向的振動會大于Y方向的振動（由于油膜剛度的作用，Y 方向的支撐剛度往往大于X 方向）。由于#1、#2 軸承為可傾瓦而#3 軸承為橢圓瓦結構，即#3 軸承側隙比#2 軸承大很多，因旋轉而形成油膜時，低壓轉子會帶著高中壓轉子往3 象限跑，但由于#2 軸承的側隙小，這種運動會受到#2 軸承的限制，使得#3 軸承的載荷部分轉移至#2軸承，加重#2 軸承的熱態負載；另一方面，低壓轉子向3 象限的運動，通過#2 軸承這個支點，使#1 軸承處軸頸向4 象限運動，這同時也減輕了#1 軸承的負載，這也就是#1 軸承Y 方向振動比X 方向大的原因，同時也是#1、#3 軸承1 點溫度比2 點溫度高的原因。

（3）由于高中壓轉子平衡狀態良好，單閥運行時，在#1、#2、#3 軸承形成蹺蹺板效應下，各軸承振動還處于正常水平，但明顯#1 軸承在負載減輕的同時卻由于軸頸向4 象限運動量過多，使得其油膜形成在4 象限對應的瓦塊上，而且是斜向受力，其瓦塊的自就位能力幾乎已經喪失，所以表現出#1 軸承振動還在正常范圍內，但瓦振卻已超標（1Y 為85μm 時1 瓦振動已達56μm），對比同為落地軸承的#2 振動情況，2X 振動79μm，但#2 瓦振只為38μm。

2 振動診斷結果分析

機組#1 軸承順閥工況下的振動問題，本質上是#1、#2、#3軸承形成以#2 軸承為支點的蹺蹺板效應，導致#1 軸承油膜形成不良和位置不好，以及順閥工況時受不均勻汽流力作用，所以才導致：#1 軸承回油溫度正常但瓦油偏低；1Y 振動會明顯大于1X；#2 軸承瓦溫高（有的可達95℃以上）及左右瓦溫偏差大（可達20℃以上）。

#1 瓦振明顯（即便是在#1 軸振優秀時也如此）；在GV3、GV4 同時開啟的條件下，不存在只開GV2 或只開GV1 振動減小的可能，但先開GV2 振動增大的情況下，再開GV1 振動必然減小，反之亦然。因為此時從蒸汽流量上看實質上已等同于單閥；#2 瓦溫偏高（實際瓦溫比測量值還高，因為發熱點比正常形成油膜狀態下離測溫點更遠）；高中壓轉子至少表現為強同相振動。

3 軸瓦振動消除措施

600MW 汽輪機組軸瓦振動消除措施如下:（1）#2 軸承下調5 絲，左調8 絲，即向瓦溫高的2 點側水平調整8 絲。（2）當前振動水平不建議對#1 軸承進行調整（可能影響主油泵小軸與主轉子的聯接）。（3）啟機帶負荷后重調順閥閥序（希望能遵循對角同開，增加穩定的原則），建議的閥序：1-4，3，2 或2-3，4，1。

通過對600MW 汽輪機組軸瓦振動原因進行分析確定了汽輪機組軸瓦振動本質上是#1、#2、#3 軸承形成以#2 軸承為支點的蹺蹺板效應，導致#1 軸承油膜形成不良（邊緣受力），形成位置不好（4 象限形成油膜），并在順閥工況時受不均勻汽流力作用的結果。因此，為了解決該問題，必須對機組的安裝與檢修過程嚴格控制，不但安裝振動保護設備，還需進一步檢測剛度，以保證最大限度地減少汽輪機組軸瓦發生異常振動問題，從而確保熱電廠平穩安全有效運行。[1]韓燦鵬.汽輪機軸瓦振動大原因及處理措施[J].山東工業技術，2018（8）：28-29.