一起汽輪機軸瓦振動大跳機原因分析及處理

摘要：某公司發電廠3號機組投運后，在大負荷試運時因1X、2X振動大機組跳閘，主要原因為圍帶汽封、隔板汽封、軸端汽封間隙比較小或不均勻，當機組負荷增加、主蒸汽流量增大時會產生汽流激振，主蒸汽調門分別在單閥、順序閥方式下機組帶365MW負荷運行、主蒸汽流量達到最大值，進行摩合試驗，消除了機組1瓦、2瓦振動大的隱患。對其他兩臺機組也進行了最大主蒸汽流量下的摩合試驗。有效防止新建機組或經過汽封間隙調整后的機組，在初次試運時，發生機組振動大跳機事件。

Abstract： After unit 3 in a power plant of a company was put into operation， the unit tripped due to 1X and 2X vibration during heavy load test run. the main reason was that the gaps between shrouded gland seal， diaphragm gland seal and shaft end gland seal were relatively small or uneven. when the unit load increased and the main steam flow increased， steam flow excitation would be generated. the main steam regulating valve operated with 365MW load and the main steam flow reached the maximum under single valve and sequence valve modes respectively. friction test was conducted to eliminate the hidden danger of large vibration of unit 1 watt and 2 watt. Friction tests were also carried out on the other two units under the maximum main steam flow. It can effectively prevent the occurrence of large vibration jump of newly-built units or units adjusted by gland seal clearance during initial commissioning.

關鍵詞：汽輪機組;振動;汽封;摩合;試驗

Key words： turbine unit;vibration;gland;rubbing;test

1 ?概述

某發電廠建有3×350MW超臨界循環流化床機組，并入局域網，主要向自己的電解鋁企業供電、氧化鋁企業供高低壓蒸汽，三臺機組汽輪機型號為CC350/328-24.2/7.0/1.0/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、高中壓合缸、雙缸雙排汽、兩級調整抽汽、表面水冷凝汽式汽輪機。主蒸汽經汽輪機兩個自動主汽門后進入到四個高壓調節汽門，經導汽管進入1個單列調節級和9個壓力級高壓缸膨脹做功后，由高中壓缸前端下部的2個高壓排汽口排出，高壓缸排汽經再熱器再熱后通過兩個中壓聯合汽閥經四根導汽管進入中壓缸膨脹做功，中壓缸做功后的蒸汽進入低壓缸繼續膨脹做功，做功后的乏汽排入凝汽器。

高壓缸第7級后設第1段回熱抽汽供1號高加及高壓供熱系統，第10級后（高壓排汽）設第2段回熱抽汽供2號高加。中壓部分共有6個壓力級，第3級后設第3段回熱抽汽供3號高加，中壓6級后（中壓缸排汽）設第4段回熱抽汽，一部分抽汽供除氧器、給水泵汽輪機、低壓供熱系統等用汽。低壓缸部分為對稱分流三層缸結構。蒸汽由低壓缸中部進入通流部分，分別向前后兩個方向流動，在正反2級、正3級、反4級、正反5級后依次設有5～8段抽汽口，分別供4個低壓加熱器。

汽輪發電機組軸系如圖1所示，機組軸系由高中壓、低壓、發電機轉子剛性連接，共有6個支撐軸承、1個推力軸承、1個穩定軸承，其中1號、2號軸承為可傾瓦支撐，3號-6號瓦為橢圓瓦支撐。

該局域網共有9臺機組，總裝機容量為232萬千瓦，單機容量占比為高達15%，局域網對機組安全運行的可靠性要求非常高，局域網的調度原則為“自發自用、互為安保”。三臺機組一次調頻死區為5rpm，上調負荷10%，下調負荷70%，對一次調頻要求特別高。

2 ?機組跳閘前運行方式

3號機組于2018年5月3日首次并網，一直在150-300MW之間運行。2018年8月20日15時04分，機組給水流量1107t/h，主汽流量1174t/h，主汽溫度539℃，主汽壓力23.41MPa，當機組負荷達到337MW時，1號、2號軸承X方向振動值達到250um，機組跳閘，機組跳閘時的運行狀況如圖2所示。

3 ?原因分析

3臺汽輪機主蒸汽額定流量為1163t/小時，最大主蒸汽流量為1242t/小時，汽輪機組的最大出力為365MW，主蒸汽流量是通過汽輪機調節機壓力計算得來的。汽輪機ETS跳機邏輯為同一軸承X方向、Y方向中任一方向振動達到跳機值與另一方向振動值達到報警后相與，沒有延時。3臺機組六個軸瓦X方向、Y方向振動報警值為125um、跳機值為250um。

3號機組負荷在270MW以上工況運行時，主蒸汽流量已接近甚至突破1163t/小時的額定流量，查閱各軸承振動情況，發現1號、2號軸承X方向振動波動比較大，在投運1號高加時2X振動達到235um（首次磨合），出現了汽流激振現象。

由于對機組的經濟性要求越來越高，汽輪機廠在設計時，圍帶汽封、隔板汽封、軸端汽封間隙控制的比較小，由于在安裝過程中汽封調整不均勻、汽封存在毛刺等會產生動靜間隙不均勻，當主蒸汽流量增大時會產生汽流激振，再加上高中壓轉子比較輕，其對應的1號、2號軸瓦各個方向的振動會增加，甚至超允許值，機組跳閘。

本次機組跳閘前，2號軸承X方向的振動值超過250um、Y方向的振動值也超過204um，滿足跳機邏輯，而且1號軸承的振動也突然升高，軸承振動突然增大是真實的，ETS跳機正常動作。

4 ?試驗過程及效果

為判斷機組運行狀態，消除1號、2號軸承振動，進行摩合試驗。摩合試驗前，在汽輪機廠家的指導下，將6個軸瓦的跳機值由250um改為300um。

本次試驗采取先投入全部高壓加熱器、退出一次調頻運行、主蒸汽高壓調節閥單閥運行，每次按2MW、升負荷率為2MW/min，逐步加負荷至365MW，若振動增大，則進行摩合，若振動無較大波動，則降負荷至345MW，降主蒸汽壓力至主蒸汽四個高壓調節閥全開，若振動無異常，則降負荷至295MW，切換為序閥運行，檢驗機組帶365MW負荷及機組帶330MW下投一次調頻后的各軸瓦振動情況。

制訂好應急預案后，開始進行磨合試驗。

4.1 單閥方式下振動試驗

機組投高加運行，負荷到310MW，按2MW/次、升負荷率2MW/min，逐步加負荷至365MW，1瓦、2瓦振動無異常，2X最大波動至50um，主汽流量最大至1232t/h，如圖3所示。

為檢驗主汽壓力對振動的影響，分別在365MW負荷將主汽壓力由24.4MPa降至22.6MPa，高壓調節門CV1-CV4開至60%，1瓦、2瓦振動均無異常。345MW時，主汽壓力22.77MPa，調門開度39.35%，將主汽壓力降至21.4MPa，四閥全開，主蒸汽流量達到1150t/小時，各參數趨勢變化如圖4所示，1瓦、2瓦振動最大到33um，其他軸瓦振動均無異常。

4.2 順序閥方式下振動試驗

3號機組降負荷至295MW，切順序閥運行，閥序為1/2-3-4，按2MW/min的速率逐步升負荷至365MW，機組振動平穩，各軸瓦振動最大波動至35um。為檢驗主汽壓力降低，調門開大對振動的影響，將主汽壓力降低至22.58MPa，CV4全開，主蒸汽流量達到1210T/小時，各參數趨勢變化如圖5所示，1瓦、2瓦振動最大到35um，其他軸瓦振動無異常。

通過試驗可以看出，切順序閥運行后，1瓦、2瓦振動比在單閥運行方式下更平穩。

為檢驗一次調頻投入后加負荷對振動的影響，降負荷至330MW，投入一次調頻，按正常的升負荷率3MW/min，加10MW負荷至340MW，振動無異常，各參數趨勢變化如圖6所示。

此次主蒸汽高壓調節閥在單閥運行及順序閥運行工況下，經過高負荷（365MW）及降主汽壓力實現四閥全開的過程，各個軸瓦振動均未發生象以往的突增現象，分析得出，機組出現高中壓軸瓦振動大的負荷或主蒸汽流量達到限值，經過前兩次振動大過程的摩合，汽輪機汽封已得到碰磨。

4.3 對1、2機組進行摩合試驗

按照上述方法對1號機組、2號機組汽輪機進行大負荷摩合試驗，考慮到局域網的安全運行，通過控制電負荷、增加高低壓抽汽量來控制主蒸汽流量進行摩合試驗。

圖7為1號機組摩合試驗時相關參數變化趨勢，主汽流量達1264t/小時、機組負荷310MW時，2瓦振動為27um，其他軸瓦振動均無異常。

圖8為2號機組摩合試驗時相關參數變化趨勢，主汽流量達1252t/小時、機組負荷314MW時，2瓦振動為27um，其他軸瓦振動均無異常。

5 ?結論

考慮到該電廠3臺機組在局域網運行，一次調頻幅度上浮達10%（+35MW），盡管此次試驗盡量模擬了一次調頻動作快速加負荷（即調門開大，主汽壓力降低）的過程，為確保3臺機組安全運行穩定，對下一步工作安排如下：

①機組保持順序閥方式下運行。

②保持當前的高中壓軸振保護定值300um運行3個月，觀察各軸瓦振動情況，若高中壓振動未再發生突增超過76um，則期滿后恢復至正常定值。

③機組在90%以上負荷運行時，按運行規程規定參數運行，以減小一次調頻動作時引起的負荷波動過大對轉子的擾動沖擊;運行中若有重大操作影響負荷或主蒸汽流量大幅波動的情況時，要控制、操作平穩或選擇低負荷下進行，同時密切監視軸瓦振動變化，若振動出現突增，及時降負荷運行。

新建機組或經過汽封間隙調整后的機組，在初次試運時，要密切關注機組在升負荷過程中的振動情況，及時采取措施，有效防止汽輪機組跳閘事件發生。

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作者簡介：李建軍（1970-），男，高級工程師，碩士學位，廣西華磊新材料有限公司發電廠副廠長，一直從事火力發電廠設備管理、技術管理、檢修管理工作。