某國產(chǎn)300MW機組軸系振動跳機的原因分析及處理措施

孫德創(chuàng) 崔彥亭 王開晶

摘要：針對某國產(chǎn)300 MW機組因2號軸承軸振超標引起跳機的問題，根據(jù)振動特征并結(jié)合現(xiàn)場情況，分析軸系振動大的原因。現(xiàn)場采用大錘敲擊等臨時處理措施，使汽缸膨脹至正常位置，之后機組運行平穩(wěn)。后期通過對軸承箱及滑銷系統(tǒng)進行改造，有效解決了機組膨脹問題。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機組;膨脹不暢;軸系振動;振動特征

1 機組概況

某發(fā)電廠2號機組汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的N300-16.7/535/535型亞臨界、一次中間再熱、單軸三缸兩排汽、沖動凝汽式汽輪機，額定功率為300 MW。發(fā)電機由東方電機廠生產(chǎn)制造，型號為QFSN-320-2。

2號機組軸系由高壓（HP）轉(zhuǎn)子、中壓（IP）轉(zhuǎn)子、低壓（LP）轉(zhuǎn)子、發(fā)電機（GEN）轉(zhuǎn)子、勵磁機（EXC）轉(zhuǎn)子以及8個徑向軸承等部分組成。機組軸系如圖1所示。

2018年12月10日，2號機組負荷288 MW，2號軸承X方向軸振升至251 μm，Y方向軸振升至222 μm，機組軸承振動大，引發(fā)保護動作，機組跳閘。本文將對該機組的軸系振動特征、振動原因及采取的處理措施進行闡述，以期為發(fā)電廠機組同類問題的處理提供參考。

2 機組振動情況

2018年12月3日，該電廠2號機組大修啟動以來，2號軸承振動值多次發(fā)生波動，范圍為52～102 μm。2018-12-15T08：44，機組負荷286 MW，1、2號軸承振動值開始爬升，X向軸振分別為28 μm和47 μm;08：52，運行人員采取降負荷措施，1、2號軸承X向軸振仍呈上升趨勢;08：56，1、2號軸承X向軸振分別為56 μm和251 μm，機組跳閘。惰走過程中轉(zhuǎn)速降至2 336 r/min時，2號軸承X向軸振為273 μm。機組跳閘時，除高壓缸膨脹30.31 mm、中壓缸膨脹13.69 mm小于正常值外，潤滑油油溫、軸瓦溫度、進汽壓力、進汽溫度、軸封溫度等運行參數(shù)未見異常。振動爬升前1、2號軸承振動情況如表1所示，跳機時1、2號軸承振動情況如表2所示。

2號軸承振動趨勢如圖2所示。

由表2及圖2可知，引起2號軸承振動變化的主要頻率為基頻，并且基頻振動的相位也隨著基頻振幅的爬升而發(fā)生了一定的變化。通過比較表1與表2中的振動數(shù)據(jù)可知，2號軸承X向軸振由47 μm增大至251 μm，基頻振幅的相位由258°變?yōu)?35°。

3 振動原因分析及處理

3.1? ? 振動原因分析

引起2號軸承振動變化的主要頻率為基頻，且基頻振動的相位隨著基頻振動幅值的增大而發(fā)生變化，2號軸承振動的增大引起了1號軸承振動的增大。振動增大現(xiàn)象是機組帶負荷運行過程中逐漸出現(xiàn)的，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以排除轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡因素;而振幅升高伴隨相位變化，則是碰磨振動故障的典型特征[1-2]。2號機組大修前高壓缸膨脹數(shù)值為36.768 mm，中壓缸膨脹數(shù)值為15.595 mm，2018年12月3日機組重新啟動以來，高壓缸膨脹數(shù)值為30.904 mm，中壓缸膨脹數(shù)值13.693 mm，未達到正常膨脹值水平。大修前后高壓缸膨脹數(shù)據(jù)如表3所示。

基于以上情況，可以確定引起2號軸承振動異常的原因為汽缸膨脹不暢。汽缸膨脹不暢產(chǎn)生振動的機理有如下2種[3]：

（1）軸承座與臺板之間的連接剛度降低。連接剛度降低會使軸瓦支撐剛度降低，在激振力不變的情況下導致軸承振動數(shù)值增大。如果振動由連接剛度降低引起，最直接的表現(xiàn)是軸承振動增大，而2號軸承X向軸振大幅升高，軸承振動變化不明顯，因此，可以排除連接剛度降低的可能。

（2）動靜部件之間徑向間隙發(fā)生改變。汽缸膨脹不暢使得汽缸發(fā)生變形，進而導致動靜間隙改變，造成汽輪機轉(zhuǎn)子與軸端汽封發(fā)生動靜碰磨。2號軸承振動特征符合動靜碰磨故障的振動特征，且2號軸承振動矢量變化大，因此可以確定2號軸承振動的原因為汽缸膨脹不暢，導致轉(zhuǎn)子與高壓后軸封發(fā)生了動靜碰磨。

3.2? ? 處理措施

（1）機組冷態(tài)啟動后，特別是2號軸承振動出現(xiàn)波動時，采用大錘敲擊高、中壓缸貓爪，可使高、中壓缸膨脹數(shù)值逐漸趨于正常水平，有效緩解軸系振動出現(xiàn)的波動及爬升現(xiàn)象。

（2）機組冷態(tài)啟動時，盡量采用低負荷、低參數(shù)的運行方式，使汽缸充分暖透后，再進一步升負荷運行。

（3）如有檢修機會，檢查高、中壓缸推拉機構(gòu)，并更換1、2號軸承箱自潤滑滑塊，確保機組高、中壓缸膨脹正常。

該發(fā)電廠采取上述措施后，有效解決了機組膨脹問題，徹底解決了振動故障。

4 結(jié)語

該發(fā)電廠機組大修后，2號軸承振動多次出現(xiàn)波動現(xiàn)象，最終爬升至跳閘值的原因為高、中壓缸膨脹不暢，使得汽缸發(fā)生變形，進而導致動靜間隙發(fā)生改變，造成汽輪機轉(zhuǎn)子與軸端汽封發(fā)生摩擦振動。對于該類型振動問題，運行人員必須加強對汽缸膨脹的監(jiān)視，必要時應采取臨時措施，以免機組因振動原因跳機，防止通流部分磨損事故的發(fā)生。

[參考文獻]

[1] 張學延.汽輪發(fā)電機組振動診斷[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 陸頌元.汽輪發(fā)電機組振動[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3] 施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，2008.