汽轮机汽封改造引发的疑难振动故障治理

汽轮机汽封改造引发的疑难振动故障治理

吕强赵贺红

（杭州汽轮机股份有限公司浙江杭州310022）

摘要：电力系统是我国工业领域的基础设施建设，对我国经济的发展和国民生活质量的保障起到不可替代的作用。而汽轮机的安全稳定运作直接关系到电厂电力系统的良好性能。汽轮机在实际运作过程中，很容易出现振动故障，影响电力系统性能的发挥，威胁附近居民生命财产安全。本文对汽轮机汽封改造引发的疑难振动故障进行分析研究，提出针对性的治理措施，以供相关行业参考。

关键词：汽轮机；汽封改造；振动故障；治理措施

1汽轮机振动原因分析的意义

电厂中最关键的装置就是发电机组，而汽轮机是发电机组的动力来源。汽轮机在长期的负荷运作状态下，难免会出现振动现象。但是一些零部构件的损坏会造成汽轮机的不正常振动，加剧汽轮机的报废。引起汽轮机异常故障的原因有很多，任何一个细小零件的故障或者各零件之间连接故障都会对汽轮机正常运作造成干扰，有些振动故障甚至会严重威胁周围居民生命健康。因此，只有深入研究汽轮机异常振动的原因，才能从根源上解决故障，恢复电力厂的正常生产运作，促进经济的可持续发展，保障居民的生命财产安全。

2汽轮机汽封改造引发振动的原因

某热电厂的2号机组是30MW的汽轮机组，轴系的结构情况和图1相同。整个机组自从进行了蜂窝汽封的改造之后，在启动的时候（尤其是冷态启动），高中压转子会产生非常大幅度的振动，而且在一般可以达到振动的保护值，造成整个系统出现跳机的情况，这种情况会让设备出现一定的安全隐患，给稳定运行造成非常大的风险。

图1轴系结构

因为振动的异常波动主要是基频分量，也就是说振动的性质主要是普通强迫振动的。从振动波动所出现的时机还有能够复原的特点来进行分析，2号机组的高中压转子在启动的时候出现振动波动主要是因为出现了动静碰摩的故障。机组的动静碰摩会造成转子在圆周的方向上出现比较大的温差，造成了转子出现热弯曲的现象，造成很大的振动，另外这个情况又造成了动静碰摩的剧烈程度加大了，形成非常严重的恶性循环，造成很严重的振动。一般情况下，会导致动静碰摩出现故障的主要原因有如下几个：第一，动静间隙之间调整的比较小或是出现不均匀的情况；第二，没有控制好运行的参数造成转子出现热弯曲的情况；第三，汽缸膨胀的时候不畅、没有进行很好的保温、进冷蒸汽或是水等造成汽缸出现一定的变形、跑偏；第四，隔板、汽封等结构出现一定的变形；第五，汽缸出现一定的沉降；第六，机组出现非常剧烈的振动情况。从2号机组的情况来进行分析，因为高中压转子的振动情况和汽缸的温度是有着非常明显的相关性、而且汽缸的膨胀速度比较慢，再有就是降负荷停机的时候，在低负荷工况的情况下也会发生一定的振动波动，所以在诊断的过程中，推测该机组出现动静碰摩的原因主要是有2种可能：其一是高中压汽缸膨胀的时候不畅；其二是汽封部件出现一定的变形。

3动静碰摩的溯源分与处理

3.1依据汽缸膨胀不畅的故障机理进行振动处理

高中压缸膨胀不畅会造成缸体在受热的过程中出现膨胀不畅的情况，受到一定的压缩，出现了较大的压应力；在冷却的过程中出现收缩不畅的情况，受到一定的拉伸后，出现较大的拉应力，这会造成缸体出现变形，造成动静碰摩。在一般情况下，出现汽缸膨胀不畅的普遍原因在于滑销系统出现卡涩的情况、管道出现额外的作用力、缸体突然被加热或是冷却，所以在2016年8月在停机检修的过程中，进行了这么几项检查：（1）检查滑销系统中的安装间隙，检查出前箱下部的滑销没有合适的间隙，接着在前侧的左、右滑销进行加垫的操作，调整滑销间隙到0.10mm。（2）对汽缸滑销和推拉装置进行外观的检查，并在合理的位置加涂润滑脂，但在进行实际操作的过程中，油脂量非常有限。（3）对和高中压缸进行连接的大口径管道进行检查，没有出现错位还有憋劲的情况。（4）对各抽汽温度进行检查，发现都在比较正常的范围内，疏水的情况也属于正常，没有出现缸体被急剧加热或冷却的情况。

2016年9月12日，在2号机组启动的过程中发现，虽然汽缸和以前相比，膨胀的情况更顺畅了，但是在缸胀的时候曲线依然没有同型号的1号机组顺畅，另外在低负荷工况的情况下出现剧烈波动的情况依然没有被改善；另外在停机的时候，利用架设百分表的手段，对汽缸冷却收缩的时候出现的数据进行检测，发现了比较大的瑕疵，譬如：前箱在升压站的那一侧和锅炉的那侧在冷却收缩的过程中数据出现了0.6mm的偏差，这和前箱的膨胀基数相比是比较大的，另外在升压站那一侧的收缩数据没有出现较大的变化，这就可以看出前箱在膨胀的过程中有偏斜；这些都说明了汽缸依旧出现膨胀不畅的情况。

3.2依据汽封部件变形的故障机理进行振动处理

根据汽缸出现膨胀不畅的普遍原因对振动效果不佳进行分析后，对动静碰摩出现的原因进行查找，分析的情况如下：

其一，在2015年6月，对2号机组进行了改造，把迷宫汽封变成了蜂窝汽封后，就发生了高中压转子在低负荷工况的工作环境中出现振动波动故障的情况。和其他汽封相比，蜂窝汽封具有非常好的耐磨性还有密封性。

其二，在进行冷态启动的时候，机组往往在低负荷工况的情况下、在到自密封之前，高中压缸轴封供汽主要是从辅汽联箱（即邻机的四级抽汽）中出来的，其温度主要出于350℃，而在轴封周围的缸壁温度在这个时候还在加热的阶段，与排汽的温度大致相同，在260℃左右。这就可以看出在低负荷工况的情况下，因为汽轮机在工艺设计上的特征有一定的缺陷，造成轴封供汽和高中压缸壁之间的温差在90℃。

其三，迷宫汽封因为有一个环形的腔室，在工质环向流动的过程中会出现一定的自激扰动情况，当汽封的间隙比较小的时候，就可能发生汽流激振的情况，但是蜂窝汽封的蜂窝在结构上会出现和迷宫汽封比较相似的环形腔室割裂的情况，造成圆周方向的力减小了，让汽流激振出现的可能性降低了，这就造成蜂窝汽封设计过程中动静间隙更加小了。

在2016年10月进行机组检修的过程中，对2号机组高中压缸进行了细致的揭缸检查，可以发现，在前、后轴封的密封环慢慢出现了比较大的磨损情况，甚至出现了碎裂，这和之前的诊断结论相似。接着在对机组回装的过程中，把轴封修改成原来制造厂迷宫汽封的设计，并对出现一定划痕的转子表面做了打磨的操作。经过检修后接着启动可以看到，2号机组高中压转子在进行低负荷工况的状态下，振动波动故障已经得到了很大的改善，而且没有发现高中压缸膨胀出现异常的情况，缸胀曲线更加平滑和顺畅了。

结束语

汽轮机的安全稳定运作直接关系到电厂电力系统的良好性能。汽轮机的结构复杂，在实际运作过程中，很容易出现异常振动故障，影响电力系统性能的发挥，威胁附近居民生命财产安全。电厂汽轮机组的异常振动主要包括轴系不对中、转子质量不平衡、油膜振荡、摩擦振动这几方面因素，本文结合工程实例对汽轮机汽封改造引发的疑难振动故障进行了深入的分析，并针对这些原因所在提出了治理措施，希望能够帮助电力厂减少机组故障的发生率，避免机组异常振动带来的危害。

参考文献

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