火电厂汽轮机运行异常振动原因分析与处理措施研究

火电厂汽轮机运行异常振动原因分析与处理措施研究

程琛

大唐国际发电股份有限公司下花园发电厂 河北省张家口市  075300

摘要：针对某电厂1号机组正常运行期间，6号、7号、8号轴瓦突发周期性异常振动的问题，通过负荷调整试验、压紧油油温调整试验、压紧油流量调整试验，从振动特性的多个方面进行分析，判断为汽轮机组励磁侧密封油流量过高是导致异常振动的原因，提出降低励磁侧密封油流量的处理措施，并说明了处理效果｡
关键词：火电厂；汽轮机；振动异常

【中图分类号】TM621 【文献识别码】A

1汽轮机运行概况

火电厂中的设备在调试完成后就可以进入正常工作状态，当运行中出现异常时各保护参数提前发出预警，帮助运行人员能够及时发现并调整，避免设备发生故障或损坏。由于火电厂的生产环境及各系统较为复杂，可能导致设备发生故障的因素众多，因此，需要在运行过程中进行定期监测。工作人员应该具备一定发现设备问题的经验，比如根据汽轮机的运行参数和声音来判断设备是否存在故障问题，通过多次检修后总结的经验，能够及时发现异常并对处理问题提供帮助。检修人员在对汽轮机进行检查时，应检测汽轮机当前工作状态是否与正常工作状态存在差异，对出现的异常情况进行排查和分析，检查设备存在的薄弱环节，最后做出最合理的处理。对汽轮机运行中问题的提前发现，能够降低设备发生故障的概率，也降低了故障检修成本，使汽轮机的使用寿命得到延长。汽轮机运行的稳定性对于电厂而言有着极其重要的作用，但汽轮机在运行中时常出现振动异常等异常，可能会导致故障出现，影响电厂的持续供电。因此，需要做好对汽轮机振动的监测，从多方面排查造成汽轮机振动异常的因素，结合实际情况做出有效的处理。

2运行中异常概述

3月16日，某电厂1号机组负荷430MW，汽轮机6号、7号、8号轴瓦突发异常振动，运行人员到轴瓦附近检查无异音，其他相关参数无异常｡振动呈4~5h周期振动，异常振动持续36h后消失｡4月4日，异常振动再次发生，特性与之前基本一致｡

3原理分析与试验验证

3.1原理分析

产生汽轮机振动的原因比较多且复杂，检测系统测量到的振动是多种因素共同作用的结果｡比较常见的异常振动诱因，包括但不局限于汽流激振、轴系的质量不平衡(转子弯曲、转子上零件松动、动静摩擦)、电磁力不平衡和支撑系统刚性变化^[1]｡依据以上理论，技术人员根据异常振动发生时候的振动趋势图、频谱图和极坐标图，对出现的异常振动进行分析｡异常振动发生时负荷平稳无波动，可以推断异常振动与汽流激振无强相关性｡

转子配重不平衡导致的异常振动，一般在汽轮机变速中体现，如果在机组运行期间发生，往往伴随剧烈振动，达到跳机动作值｡转子热变形，转子永久性弯曲或联轴器连接质量不佳产生振动，在机理上也产生了质量不平衡，由于此汽轮机组已连续运行20个月，且异常振动呈规律性变化、没有达到跳闸值，结合异常振动发生时，现场并无动静碰摩声音，可以断定此异常振动与转子配重不平衡无强相关性｡

异常振动发生时候的振动趋势图中，可见大量工频分量、少量二次分量和极少量的多次倍频分量，未见明显半频分量，通过理论分析判断发生了轻微的转轴与轴封或转轴与油挡碰摩｡

3.2试验验证

振动试验采取电厂TSI设备和独立振动信号采集系统相结合的方法进行｡振动数据来自于电厂TSI原始数据和3个独立系统的振动探头^[2]｡

试验方案：机组负荷调整试验、发电机压紧油油温调整试验、发电机密封油压紧油流量调整试验，试验数据全部来自电厂TSI系统未经处理的原始数据，同期监测汽轮机基础台板和发电机地脚的振动｡

3个独立系统的振动探头，结合配套磁吸底座分时复用的进行同期监测：固定在6号、7号、8号轴承壳和基座，采集发电机轴承座外特性；固定在发电机外壳螺栓接合面和发电机本体基础平台，采集发电机定子外特性振动数据｡将独立探头数据，结合TSI数据一并进行分析^[3]｡

3.2.1负荷调整试验

将有功功率和励磁电流尽可能降低、有功功率不变增大励磁电流、有功功率至最大励磁电流网调调整，在此3种工况下，实时采集数据｡在进行变负荷试验期间，6-8号轴瓦振动矢量有明显变化，但该变化处于较低水平，未见与异常振动相似的振动｡由此判断，异常振动的发生与机组负荷的变化无强相关性^[4]｡

3.2.2压紧油油温调整试验

调整压紧油油温由运行期间38℃降低到33℃，而后恢复到正常值，实时采集数据｡发电机振动超标时的环境温度比本次试验时的环境温度要低，密封油温调整试验期间，各轴瓦的振动矢量有明显的影响，但所有振动值亦处于较低水平，未见与异常振动特征相似的振动｡试验证明压紧油的温度的变化不是引发异常振动的主要原因｡

3.2.3密封环压紧油流量调整试验

流量调整分为励磁侧和汽轮机侧，汽轮机侧由正常运行值260L/s梯度降低30%直至0L/s，后恢复到260L/s；励磁侧由正常运行值230L/s梯度升高30%至290L/s后，再梯度降低30%直至80L/s，然后梯度30%恢复到正常运行值｡在调整励磁侧压紧油流量时(处在7号轴瓦处)，监测到与机组异常振动具有相同特征段的振动｡可以看到轴系发生了明显的规律性振动，随着励磁侧密封油流量降低振动升高，恢复到正常流量过程中，振动也趋向平稳

^[5]｡如图1所示，在振动频谱瀑布图中，亦可以发现以上规律｡

图1 6-8号瓦振振动趋势

通过降低励磁侧密封油流量试验，在振动趋势图、频谱图、和极坐标图中，出现了和3月16日异常振动相似的振动特征｡通过以上试验可以证明：降低励磁侧密封油流量，与机组异常振动的发生有明显的相关性｡此外，全部试验过程中，独立探头B&KVS080监测到8号轴瓦瓦振幅值较高，有3次和多次谐波成分，说明8号轴承座和基础台板的固定不牢固｡

3.3处理措施及效果

通过上述分析，调整1号机组7号轴瓦密封压紧油流量为建议值，对发电机侧所有地脚螺栓进行力矩校准。在此之后，该机组未发生异常振动｡

结语

为找寻异常振动的原因，研究了振动机理，并围绕发电机轴系系统进行了试验，通过多种方法分析数据，最终在不停机的情况下，通过调整励磁机密封油环流量解决了异常振动，对相关类型汽轮发电机组不停机解决异常振动，有积极的借鉴作用｡同时，提供了独立振动探头，同期监测基础台板振动，并将此监测信号并入到问题分析中，为解决汽轮机组异常振动的查找，提供了一种方法｡

参考文献

[1]吴建华.汽轮机维修中常见故障与处理技术探讨[J].中国设备工程，2020(03)：55-56.

[2]李宽宽.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术探索[J].中国设备工程，2020(03)：153-155.

[3]吴野.汽轮机异常轴振动的分析与处理[J].化工管理，2020(04)：123-125.

[4]薄利明.探究汽轮机异常振动的分析和治理[J].科学技术创新，2020(02)：178-180.

[5]张元龙，李迎风.管道柔性设计对合成气压缩机汽轮机振动的影响[J].世界有色金属，2019(19)：264+266.