600MW亞臨界機組1瓦振動大分析及處理

吳 韜

（中國大唐集團科學技術研究總院有限公司華北電力試驗研究院，北京 100000）

1 設備概述

某電廠3號機組汽輪機為東方汽輪機廠生產制造，型號為N600-16.7/538/538-1，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、沖動凝汽式。總級數為42級，高壓轉子有9級，其中第一級為調速級，中壓轉子有5級，低壓轉子有2×2×7級。汽輪機采用高中壓缸合缸結構，兩個低壓缸均為雙流反向布置。汽輪發電機組#1、#2軸承采用可傾瓦式軸承，#3～#6軸承采用橢圓抗沖擊軸承，#7～#9軸承采用橢圓形軸承。機組結構布置如圖1所示。機組于2004年7月投產，2016年2月19日至2016年5月24日完成綜合升級改造。

圖1 機組結構布置

2 故障概況

自2016年5月通流改造以來，3號機組1瓦X/Y向軸振幅值由改造完啟動時的37/48 μm緩慢增長，到2018年1月通流改造后第一次揭缸檢修前，軸振已增長到X/Y：49/81 μm。到2021年9月，1瓦X向軸振幅值區間達到60～105 μm，Y向軸振區間達到105～160 μm，振幅變化范圍較大，在快速升負荷時振動有上漲的趨勢。2020年6月—2022年1月期間1瓦振動趨勢如圖2所示。

圖2 2020年6月—2022年1月期間1瓦振動趨勢

2021年10月初，3號機組1瓦Y向軸振幅值最高達到162 μm，進行汽門閥序調整試驗，將CV4和CV2閥位函數對調，CV2維持手動全關狀態，之后1瓦軸振下降明顯。在滿負荷狀態下，1瓦X/Y軸振由95/145 μm降至78/56 μm。閥序調整后近四次啟動過程中，1瓦軸振存在異常升高的情況，汽輪機定速3 000 r/min并網前，1瓦軸振有大幅上漲趨勢，X向由中速暖機時的95 μm最大漲至121 μm，Y向由94 μm最大漲至188 μm，并網帶負荷后振動緩慢下降至正常范圍。為保障機組順利并網，在啟機過程中盡量延長中速暖機時間，定速3 000 r/min后及時并網，避免振動繼續上漲。

3 故障分析及結果

（1）從表1振動數據可以得出，自2016年5月通流改造以來，1瓦軸振緩慢增長，2021年5月開始1瓦軸振增長趨勢加劇；從表2停機過臨界數值可以得出，2020年9月停機1瓦過臨界振動數值明顯增大，至2022年1月停機1瓦過臨界振動數值有增大趨勢。

表1 啟機定速3 000 r/min的振動情況

表2 停機惰走過臨界的振動情況

結合以上現象，懷疑高中壓轉子存在彎曲并逐漸劣化[1]。2022年大修時揭缸發現高中壓轉子過橋汽封處彎曲150 μm，中壓聯軸器處彎曲135 μm。轉子彎曲原因：

1）材質缺陷。轉子材質不均勻或存在殘余應力，運行受熱后膨脹不均勻導致彎曲。這可能是制造階段“時效”時間不夠，轉子殘余內應力過大，受熱后應力釋放，導致轉子彎曲[2]。

2）動靜摩擦[3]。機組運行過程中，若轉子與靜子部件發生摩擦，會導致摩擦接觸部位溫度升高，轉子圓周方向存在溫差，如果碰磨達到一定的劇烈程度和時長，或是遇到碰磨情況處理不當，可能會導致轉子永久彎曲。但現場轉子解體未發現有較嚴重的碰磨痕跡。

3）轉子與水（汽）接觸。汽水進入汽輪機，都會使熱態時的轉子局部遭到冷卻，轉子產生不對稱溫差，導致彎曲變形。

（2）運行中1瓦軸振出現波動現象，且定速時1瓦軸振有上漲趨勢，懷疑1瓦軸封處發生碰磨，軸瓦存在問題。檢修中未發現軸瓦異常。

（3）運行中1瓦振動隨時間上漲，懷疑轉子位置發生改變。檢修中未發現洼窩中心左右差異。

根據上述分析，對3號機組高中壓轉子返廠進行車削，之后再無異常振動現象。

4 應對措施

（1）運行期間進行閥序調整，降低運行期間振動數值。

（2）停機時進行現場動平衡，降低激振力[4]。

（3）檢修時揭缸測量轉子彎曲、軸瓦狀態、碰磨情況[5]。

（4）防止大軸彎曲措施：

1）汽機啟動前必須滿足：

①大軸晃度不得超過原始值±0.02 mm；

②汽缸上下缸溫差不超過50 ℃；

③主蒸汽溫度至少高于汽缸最高金屬溫度50 ℃，蒸汽過熱度不低于50 ℃；

④轉子應充分連續盤車，一般不低于2～4 h。

2）機組升速過程中，一階臨界轉速前，軸承振動超過0.03 mm時，應立即打閘；臨界轉速時，軸承振動超過0.1 mm，應立即打閘；因振動異常停機后，必須連續盤車4 h以上才能再次啟動。

3）啟動前應檢查停機記錄，并與正常曲線比較。熱態啟動時，應先向軸封供汽，后拉真空，軸封供汽管路在供汽前必須充分暖管和疏水，防止水或冷氣進入汽輪機。

4）機組啟動和停止及變工況運行過程中，應按照規定曲線控制蒸汽參數變化。主蒸汽溫度和汽缸金屬溫度的變化率不得大于規程規定。主蒸汽要保持一定的過熱度，要避免汽溫大幅度直線變化。當10 min內汽溫上升或下降達50 ℃時，應立即打閘停機；當主蒸汽汽溫過熱度過低時，調速汽門的大幅擺動可能引起一定程度的水擊，此時應密切監視機組振動、脹差、軸向位移等參數，如有異常應立即打閘停機。

5）停機后應投入連續盤車，注意比較盤車電流值、擺動值與典型正常值。如有動靜摩擦，應根據實際情況間斷盤車，待摩擦消除后方可連續盤車。因故暫時停止盤車不應超過0.5 h，每0.5 h應盤車180°。不超過0.5 h時也應視情況先盤車180°，待轉子熱彎曲消失后，再投入連續盤車。

5 結語

本文為尋找汽輪發電機組異常振動的原因，進行了汽門閥序調整試驗，并對機組歷史振動數據進行了梳理，揭缸檢查結果與分析結果一致，對相關類型汽輪發電機組解決振動異常問題有重要的借鑒意義。同時，制定了該類問題的應對措施，提供了寶貴的經驗積累。