超臨界機組小汽輪機振動分析與處理

孫猛

摘要：汽輪機（小汽輪機）作為現代大容量燃煤電廠的重要輔機，其運行的可靠性對機組的安全穩定運行有很大影響。汽動給水泵跳閘一方面會導致機組出力降低，影響機組發電，另一方面嚴重時會導致機組跳閘，影響電力系統的安全。小汽輪機振動是汽動給水泵組跳閘的主要原因之一。因此，必須從管理和技術上給予足夠的重視。

關鍵詞：超臨界機組;小型汽輪機;振動分析;處理;研究

1項目概述

華能大慶熱電有限公司機組汽輪機型號為CLN350-24.2/566/566型，是哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造的超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、雙抽凝汽式汽輪機。

華能大慶熱電 2 x 350 MW 機組設計的驅動半容量鍋爐給水泵的汽輪機，型號為NK50/56/0。兩臺本汽輪機驅動兩臺鍋爐給水泵，并聯運行，配一臺主機。一臺30%容量的電動機驅動的鍋爐給水泵作備用。

引起各種小汽輪機異常振動增加，主要包括：振動部件故障、滑銷系統卡澀、汽流激振、軸封溫度過低、動靜摩擦、軸承磨損、軸承松動、汽動給水泵轉子中心不直、轉子熱彎、，聯軸器松動、軸承缺潤滑油、油溫過低、軸承油膜振蕩、轉子質量不平衡等公司統計顯示，80%以上的旋轉機械振動故障是由轉子質量不平衡、轉子中心靜摩擦和靜摩擦這三個原因引起的。

2小汽輪機振動

電廠2號機組小汽輪機的前、后軸承分別為1瓦（前軸承）和2瓦（后軸承）。兩者都配備了x和Y方向的軸向振動探頭。軸向振動報警值設置為80μm，跳閘值設置為125μm。

2B小機組在4500-4700r/min轉速范圍內，前軸承振動突然異常增大，嚴重威脅機組的安全運行。為此，電廠技術人員利用EVM-8動態數據采集分析系統對2B給水泵組的振動故障數據進行采集和診斷。

第二單元轉速為4500～4700r/min，席前軸承的X軸振動明顯波動，約60μm～100μm，機組加載后，小機組2B轉速超過4700r/min。小機組席前軸承的X軸振動從100μm迅速下降到約50μm，負荷繼續上升，機組負荷下降，小汽輪機轉速下降到4700r/min以下時，振動保持在50μm附近;2B機組前面軸承的X軸振動從65μm增加到101μm。

3振動原因分析

（1）蒸汽流激勵。機組2次啟動停機，小汽輪機也多次啟動停機。每次蒸汽源不同（四泵或輔助蒸汽），每次啟動參數都有一定程度的不同，但小汽輪機前后的軸承振動值差異不顯著。因此，小汽輪機振動的增加與小汽輪機啟動參數的選擇無關。由于小汽輪機的振動突變只發生在特定的轉速范圍內，且具有一定的偶然性，因此可以排除汽流激勵。

（2）擴展被阻止。小汽輪機殼體與基礎之間沒有異常，滑動銷系統狀態良好，表明小汽輪機的振動突變不是由膨脹障礙引起的。

（3）壓板和預埋地腳螺栓之間的間隙。現場檢查了小型汽輪機基礎底板與埋入式地腳螺栓之間的間隙。結果表明，在熱態下，錨桿螺栓與基礎底板之間的膨脹間隙為2mm，滿足了小型汽輪機廠家的設計要求。檢查軸承座和聯軸器，無松動現象，排除上述原因。

（4）軸封和軸承的潤滑油參數。通過查閱2B小型機械振動突然增加前后的歷史數據，發現軸封壓力和溫度均在規定值內，潤滑油壓力、流量和油溫也在規定值范圍內，無異常變化。因此，可以排除軸封溫度過低、軸承油溫過低或軸承供油不足。

（5）油膜振蕩。油膜振蕩的一個重要特征是，只有當小汽輪機的轉速超過一階臨界轉速的2倍時，才會發生油膜振蕩，振動幅度突然增大，振動非常嚴重，甚至可能導致軸瓦損壞。查閱2B小型機械的歷史振動數據后發現，在4250r/min的轉速下（約為一階臨界轉速的2倍），前后軸承的振幅穩定，變化不大，可以排除油膜振蕩的原因。

（6）靜電和靜電摩擦或振動探頭故障。從小型機器2B前面的軸承收集的數據可以看出，在振動穩定期間，振幅穩定在50μm。振動變化主要發生在4500～4700r/min階段，速度變化較快。當速度變化緩慢時，不會發生振動突變。分析表明，振動主要為1倍頻，變化過程也為1倍頻，表明轉子可能存在靜碰和靜碰等問題，可能是1號軸承的碰摩故障。同時，由于1x方向的振動變化，1Y方向的振動基本不變，因此不能排除信號異常的可能性。綜上所述，1x振動有兩種可能的原因：一種是摩擦故障，可能是軸封、蒸汽盤或油塊處的摩擦;二是1x振動探頭共振，在4500～4700r/min速度范圍內有時會發生振動，可能與支架松動程度有關。

4故障排除

（1）摩擦故障處理。初步分析認為2B小機前軸承振動故障為碰摩故障。因此，在機組的正常運行中，應加強運行調整，以避免小汽輪機轉速在4500～4700r/min范圍內快速變化。2017年8月31日，2號機組停機檢修，其中2B小機徹底檢查，主要檢查1號軸封間隙，軸瓦、擋油塊和其他裝置。檢查發現小汽輪機汽缸內的部分汽封和1號軸承的油塊明顯碰傷，這也證明了之前的判斷。在一次維修中對2B小機進行如下處理：2B小機軸封間隙按標準值調整，對小機軸瓦進行研磨，為了保證良好的接觸面積，小機軸承間隙按標準值下限進行調整。

（2）質量不平衡故障處理。初步分析了2B小型發動機后軸承的振動故障是由二階質量不平衡引起的。由于稱重位置的限制，現場動平衡效果無法保證。在此A維修期間，2B小型機器轉子被送回工廠進行高速動平衡處理。在1w側110°位置和2w側290°位置處，將120g平衡塊添加到2B小型機器轉子的配重孔中。單元2A修復后，在小單元2B上進行超速試驗。小機組1X、1y軸振動約20μm，2x、2Y軸振動約50μm。我國現行汽輪機軸系振動標準：當汽輪機轉速3000r/min及以上時，軸系振動25μm以下為良好，50μm以下為合格。

結論

汽輪機小振動的原因比較復雜，同時，監測數據的分析也應結合現場設備的運行維護，同時應注意設備基礎的安裝和維護數據的收集、整理和匯總，從汽輪機機組振動數據的變化分析機組運行狀況，再到設備異常和故障診斷，可以達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1]胡慧園.350MW輔機單列超臨界機組APS技術研究及應用[D].華北電力大學，2018