海南核電汽輪機6號和9號軸承振動高原因分析

劉 逸

（海南核電有限公司，海南昌江 570105）

0 引言

海南核電（即海南核電有限公司）采用國產二代改進型核電技術，受限于參考電廠的設計，海南核電汽輪機采用3000 r/min的運行方式，相比目前主流的1500 r/min轉速汽輪機系統，存在共振區多、振動偏大等問題，為此海南核電在減小振動等方面做了很多研究。104 大修啟動階段，一號機組汽輪機在沖轉并網過程中出現6號軸承和9號軸承振動高，軸承振動值超限會導致汽輪機停機，對于兩個軸承在不同階段出現的軸承振動高問題，本文將分別討論其原因并給出緩解措施。

1 汽輪機6號和9號軸承振動高現象簡述

2020 年3 月19 日，1號機組沖轉并網過程中：6:56，汽機轉轉速達到1100 r/min，6號軸承X 向振動、Y 向振動、絕對振動從71 μm、54 μm 和51 μm 開始上漲；8:07，汽輪機轉速2382 r/min，6 瓦Y 向振動最大達到123 μm，絕對振動最大達到88 μm；8:13，汽輪機轉速達到3005 r/min；8:15，6號軸承X向振動達到102 μm，此后振動開始下降最終穩定在X 向振動87 μm，Y 向振動56 μm，絕對振動39 μm。汽輪機6號軸承振動曲線如圖1 所示。

圖1 沖轉過程中汽輪機6號瓦振動曲線

2020 年3 月19 日：7:21，汽機轉速處于1100 r/min轉速平臺，汽輪機9號軸承X 振動、Y 向振動、絕對振動從30 μm、27 μm 和26 μm 上漲到109 μm、114 μm 和99 μm（振動上漲），0.5 h 后降到46 μm、49 μm 和43 μm；8:13，汽輪機沖到3005 r/min 后，汽輪機9號軸承X 振動、Y 振動、絕對振動上漲到126 μm、125 μm 和110 μm，20 min 后降到43 μm、51 μm和61 μm。汽輪機9號軸承振動曲線如圖2 所示。

圖2 沖轉期間汽輪機9號瓦振動曲線

2 原因分析

可能引起汽輪機軸承振動高的原因包括：汽輪機偏心引起汽輪機振動，轉子質量不平衡引起振動，轉子發生彎曲引起振動，軸承油膜失穩引起振動，汽輪機內部發生摩擦引起振動，水沖擊引起振動，汽輪機內部故障引起振動，汽輪機機械部件松動引起振動，轉速通過臨界轉速區引起振動，針對以上可能原因分別分析兩個軸承振動高的原因。

（1）汽輪機在啟動過程中暖機4 h 且凝汽器真空幾乎無變化，儀表測得的汽輪機偏心始終在規定范圍內，可以排除偏心和大軸彎曲因素。

（2）此次大修轉子并未更換，因此轉子質量不平衡同樣可以排除。

（3）油膜失穩和部件松動造成的振動高會伴隨軸承溫度的變化，在汽輪機啟動過程中軸承溫度穩定，因此可以排除此原因。

（4）發生水沖擊時現場會有水錘聲音，汽輪機溫度測量值會發生變化，然而啟動階段現場聽音正常。

綜合以上原因判斷，汽輪機發生摩擦和通過臨界轉速最有可能導致汽輪機振動高。

2.1 汽輪機6號軸承振動高原因分析

在汽輪機轉速達到2900 r/min 時6號軸承出現振動增大現象，從圖1 可以看出軸承振動反復波動一段時間后恢復正常范圍，在此期間并未進行任何人為干預，現場測振結果和主控室顯示一致。這可以排除汽輪機發生過共振，否則振動會維持或持續升高。振動升高后逐漸降低最有可能是碰磨原因導致的，低轉速時離心作用引起的汽輪機大軸偏心較小，大軸或軸承處的微小突起并沒有接觸，沒有發生碰撞時振動值一直保持在一個較小的范圍，當汽輪機轉速增大到2900 r/min 時，離心作用導致汽輪機大軸或軸瓦晃動范圍增大，發生接觸或碰撞使6號軸承處振動增加，隨著大軸和軸承的摩擦，凸起部分被磨平，振動逐漸減小最終恢復到正常值。發生碰磨的另一個現象是發生周期性的振動變化，在6號軸承振動增大的過程中，6號軸承確實發生了短時間的周期性振動，因此判斷碰磨為6號軸承振動的原因。

2.2 汽輪機9號軸承振動高原因分析

在汽輪機轉速達到1500 r/min 和3000 r/min 時，9號軸承出現過兩次振動峰值，且振動始終維持在高值，這與6號軸承的振動高現象不一致，說明9號軸承并未出現碰磨現象。與哈爾濱汽輪機廠確認，9號瓦的共振區為1200～1800 r/min 和2820～3000 r/min，與9號瓦振動現象一致，這說明9號瓦振動高原因為汽輪機轉速進入共振區。汽輪機共振區轉速如表1 所示。

表1 汽輪機共振區轉速r/min

3 緩解措施

為了汽輪機下次啟動時能夠提前關注這一問題并給運行值操作提供依據，制定以下措施：

（1）將發電機6號瓦、9號瓦的振動和溫度加入重要機組參數統計，在巡檢過程中發現6號瓦、9號瓦的振動和溫度有大幅波動時聯系專業處室檢查分析。

（2）調整發電機冷卻水調節閥開度，經驗反饋表明閥門開度過小會導致汽輪機振動增加。

（3）升功率過程中，在滿足相關技術規范對提升速率要求的前提下，設置升功率速率為1 MW/min，否則設置升功率速率為0.33 MW/min，降功率速率都設為1 MW/min。升/降功率過程中，如果6號瓦、9號瓦軸振出現上漲超過15 μm/min 或比升/降功率前整體上升20 μm，則停止升/降功率；如果軸振不穩定，則需根據性能的頻譜分析結果另行啟動即時決策。

（4）升/降功率過程中GGR 供油溫度、GHE 密封油供油溫度、GRV冷氫溫度需維持穩定，密切關注SRI 調節閥的開度變化（1SRI081VD、1SRI106VD、1SRI110VD、1SRI072VD、1SRI076VD）。其中，1SRI081VD 定值41 ℃，1SRI106VD 定值40 ℃，1SRI110VD定值40 ℃，1SRI072VD 定值44 ℃，1SRI076VD 定值44 ℃。

（5）每8 h 巡檢一次10號瓦軸振的變化趨勢，如果振幅超過20 μm 或振動呈發散趨勢則通知設備管理處檢查10號瓦振動是否正常（當前振動周期約12 min，振幅約10 μm）。

（6）汽輪機轉速接近共振區時提高升速率，轉速由50 r/min提升到200 r/min，保障汽輪機快速通過共振區。

4 結論

海南核電一號機組汽輪機在104 大修啟動階段出現6號軸承和9號軸承振動高的問題，本文針對不同軸承分別分析振動值高的原因，得出6號軸承和9號軸承振動值高的原因分別是碰磨和進入共振區，然后制定了相應的緩解措施，為后續的汽輪機啟動提供技術支持和理論基礎。