某熱電廠汽輪機調試中振動大的診斷處理

摘要：對某熱電廠汽輪機調試啟動中出現振動大的情況進行了分析診斷，通過調整振動軸瓦的標高，平衡軸瓦載荷，迅速消除了機組振動，為該熱電廠節約了啟動費用和調試時間。

關鍵詞：軸瓦;油膜振蕩;載荷;標高

1 ? ?機組調試啟動情況

某熱電廠共安裝3臺50 MW空冷單缸抽汽凝汽式汽輪機組，五段調整抽汽作為城市供熱。轉子為整體鍛套組合結構。推力軸承與汽輪機前軸承#1瓦組成徑向推力聯合軸承，裝于可前后膨脹的前軸承座內。后軸承座與后汽缸鑄成一體，內部裝有汽輪機后軸承#2瓦和發電機前軸承#3瓦，汽輪機轉子與發電機轉子用剛性聯軸器連接。發電機后軸承#4瓦單獨布置。4個軸瓦均為橢圓型軸瓦。

一號機組安裝后首次啟動，3 000 r/min定速下，機組各瓦振動穩定，最大振動是#3瓦（33 μm），烏金溫度最高為#2瓦（89 ℃）。由于#2瓦烏金溫度較高，停機后將進油節流孔直徑由26 mm擴大到32 mm。再次啟動，定速下，各瓦振動最大仍是#3瓦（27 μm），其烏金溫度65 ℃，#2瓦烏金溫度降至66.9 ℃。帶負荷至20 MW，#3瓦烏金溫度突然升至117 ℃，回油溫度也增至100 ℃。停機檢查#3瓦上下瓦烏金損壞，更換新軸瓦，將#3瓦上瓦頂隙由原來的0.36 mm增大到0.45 mm，同時在上下瓦均修刮了油囊。再次啟動，3 000 r/min下各瓦振動均在30 μm以下，各瓦烏金溫度正常。但在負荷升至45 MW時，#3瓦振動由30 μm突升至76 μm，同時機組其他各瓦振動也迅速上升，降負荷至41 MW，#3瓦振動升至116 μm，逐步降低負荷至3.8 MW，#3瓦振動由100 μm突降至29 μm。之后振動穩定30 min后，繼續加負荷至25 MW時，#3瓦振動再次上升到129 μm，繼續加負荷至30 MW，#1瓦振動42 μm，#2瓦振動46 μm，#3瓦振動129 μm，#4瓦振動48 μm。減負荷，直至負荷降為零，#3瓦和#4瓦振動仍沒有降低，打閘停機。調試工作停止。

2 ? ?機組振動故障及原因分析

該機組承擔著市區本年供熱任務，必須盡快正常投運，如果按常規消振程序重新啟機測試，會使整個消振工期延長，同時也增加了電廠的啟動費用。因此，首先利用機組發生振動時的測試記錄，結合運行和以往所做的工作，對該機組振動原因作出診斷，采取相應措施。調出機組振動曲線研究后，發現其時滯時間在10 s之內，依據這一特征，對發生的振動故障原因做出如下診斷：

額定轉速下，振動突然增大，故障原因一般有以下4種：

（1）轉動部件飛脫：該振動增大時滯是在10 s之內，但振動增大后就不能恢復到原來水平，故而是一次性的。但#3瓦振動增大兩次都是可逆的，即可以恢復到原來的振動值，由此可以排除這一故障。

（2）轉軸與水接觸：由于汽缸、軸封疏水不暢，或抽汽管逆止閥前管內積水，機組帶至某一負荷后，管內積水發生閃蒸，使低溫蒸汽帶水濺到轉軸上，轉子彎曲，振動突然增大。該振動增大時滯在30～60 s，而且振動降低時滯在2 min以上，這與機組振動特征不符，可以排除。

（3）轉軸碰磨：在新機調試初次并網帶負荷中最容易發生，會引起轉子熱彎曲，產生不平衡。振動最大時滯由碰磨的嚴重性決定，隨著碰磨加重，時滯明顯減小，參考目前對該振動的統計，該振動增大最小時滯大于2 min，因此這一原因也可以排除。

（4）軸瓦發生自激振動：不論是半速渦動，還是油膜振蕩，振動增大和消失的時滯都在10 s之內，因此，#1機的振動特征與這一故障比較吻合。

另外，從軸瓦損壞特征分析，也印證了軸瓦自激振動的存在。

（1）軸瓦損壞：一般因軸瓦檢修工藝或設計上問題引起的烏金溫度升高、燒瓦，只會使下瓦烏金嚴重磨損或熔化，而不會損壞上瓦。但從#3瓦損壞情況看，上瓦烏金有較大面積的熔化脫落，而下瓦只有局部兩塊軟化脫落，無嚴重碾壓的痕跡，表明#3瓦下瓦無承重跡象，所以#3瓦載荷太輕降低了穩定性，是誘發油膜振蕩的原因。

（2）#3瓦載荷太輕的原因：安裝時#2瓦和#3瓦中心一致，后軸承座與后汽缸鑄成一體，內部#2瓦靠近汽輪機側，在升速帶負荷過程中，因溫度升高大于#3瓦，會使#2瓦標高相對#3瓦出現上升，從而造成#2瓦載荷加大、瓦溫偏高，而#3瓦載荷太輕的情況。#2瓦標高上升，通過聯軸器帶動發電機轉子抬高，也可能是造成#3瓦上瓦頂隙小而損壞的原因。

（3）增加軸瓦頂隙：這會顯著降低軸瓦穩定性。振動增大是發生在增大軸瓦頂隙之后，因此，增加軸瓦頂隙可能是誘發軸瓦自激振動的另一個原因。

3 ? ?消除振動措施

根據上述分析診斷，消除軸瓦振動的措施為提高#3瓦的穩定性。

（1）增加軸瓦載荷：增加#3瓦載荷，也會使#3瓦烏金溫度升高，但由上述分析可知，啟動時盡管#3瓦烏金損壞，但#3瓦下瓦并無承重的跡象，因此將#3瓦標高抬高0.15 mm，增加#3瓦載荷。如果啟動過程中#2瓦的標高上升，分擔的載荷增大，則應該不會使#3瓦烏金溫度明顯升高。

（2）減小軸瓦頂隙：提高軸瓦穩定性最簡單有效的方法是減小軸瓦頂隙，但也可能會引起軸瓦烏金溫度的升高。是否會再次造成#3瓦烏金損壞，這是首先要考慮的。本次燒瓦是由于#2瓦標高上升帶動的，在抬高#3瓦標高后，運行中的頂隙將不會受#2瓦影響而變小。鑒于這些特征，將軸瓦頂隙恢復到原來的0.36 mm是安全可行的。

4 ? ?消振措施的實施及結果

拆除#3瓦中分面所加的0.10 mm的墊片，實測#3瓦頂隙為0.355 mm。翻出#3瓦下瓦，檢查軸徑與軸瓦下瓦烏金的接觸情況良好，無需對下瓦進行修刮處理。將#3瓦下方瓦枕加墊使其標高抬高0.15 mm，即發電機轉子中心比汽輪機轉子中心高0.15 mm。

實施消振措施后，啟動，機組在定速3 000 r/min和帶負荷下各瓦振動穩定，且無低頻分量出現。各瓦烏金溫度均在67 ℃以下，#1、#2、#3瓦烏金溫度差別不大，說明各瓦軸瓦載荷均勻。具體數據如表1所示。

5 ? ?結論

（1）該機帶負荷運行中振動突然增大的故障原因是，#3瓦載荷太輕失穩，發生了油膜振蕩，振動迅速增大，進而波及機組其他各瓦。

（2）該機的振動故障診斷明確，消振工作針對性強，效果很好。通過這次消振處理，使機組空負荷及滿負荷下各瓦振動均小于30 μm，各瓦烏金溫度均在67 ℃以下。

（3）該機振動故障的診斷及消振措施的制定僅根據機組運行時的振動曲線和記錄情況，未重新啟動機組和再次進行振動測試，但實踐證實了診斷的正確性。由此不但節省了機組啟停的費用，而且縮短了消振時間，為機組盡快投入商業運行提供了有利條件。

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[2] 張本賢.汽輪機設備檢修[M].北京：中國電力出版社，2014.

收稿日期：2020-02-26

作者簡介：郝巨虎（1977—），男，山西交城人，工程師，研究方向：熱能與動力工程。