350MW超临界汽轮发电机组振动异常原因分析及处理

350MW超临界汽轮发电机组振动异常原因分析及处理

刘恋

重庆大唐国际石柱发电有限责任公司， 重庆市， 400000

摘要：汽流激振力产生的部位主要有汽缸内部动静轴向间隙处、径向汽封间隙处，径向汽封间隙主要包括隔板汽封、围带叶顶汽封、过桥汽封及前后轴封处，围带顶隙比隔板汽封、轴封对汽流激振的影响程度更大。结构设计不当、安装检修质量不达标、运行中转子位置偏移或汽缸位置偏移造成动静间隙周向分布不均，在高负荷工况下高（中）压缸内易引发汽流自激振动问题，且具有反复性。运行参数设置和配汽方式对机组发生汽流自激振动的负荷门槛值的影响也极其关键。文献多从运行参数调整或配汽方式调整方面介绍汽流激振控制的手段，但从设备安装检修角度解决汽流激振问题的实例鲜有介绍。

关键词：超临界；汽流激振；门槛负荷值；防旋汽封

引言

在我国的北方地区，电力系统不仅保障了城市经济的快速发展和居民日常生活用电，而且关系到冬季供暖的民生问题。因此，加强汽轮发电机组的日常保养与检修维护，保障城市供电，为经济和民生发展保驾护航，已经成为发电厂运维部门的重要工作。作为高速旋转设备，汽轮发电机组的振动是不可避免的，但是振动超过限值一定程度后，会对电站安全、稳定、连续、经济生产构成较大的威胁，严重威胁电力安全生产活动。

1机组振动情况概述

某机组2017年11月经过大修后，于2018年1月16日21:00冲转，至17日凌晨4:30机组升速至2667r/min左右时，5号轴承瓦振达93μm，并有进一步增长的趋势，已严重超标并危及机组安全，必须打闸进行低转速下振动试验分析及动平衡试验处理。

17日～18日在B低压转子上经过1次动平衡加重后，当机组再次启动冲转至2800r/min左右时，发现4号轴承瓦振又超过100μm，同B低压转子一样，不得不打闸停机，在A低压转子上进行动平衡配重，在A低压转子上经过1次动平衡加重，机组于20日14:39时顺利升速至空载3000r/min，轴振最大为2Y振动，达119μm，瓦振最大为3号瓦垂直振动，约37μm，此时，机组轴系振动已完全合格。

2汽轮机振动危害

汽轮发电机组作为发电系统中的主要构成，异常振动会对生产系统产生重要影响，情况严重的，还会导致全厂停车，最终对年度任务产生影响。

(1)轴封磨损会破坏密封作用，增大高压缸蒸汽外漏量，进而使得水分进入到润滑油中，引起油膜结构破坏，最终导致轴瓦乌金融化。随着漏气损失的不断增加，机组经济性也会受到影响。(2)磨损隔板汽封。当隔板汽封被严重磨损，会导致级间漏气与转子轴向力进一步增加，最终融化推力瓦乌金。(3)磨损滑销系统。滑销系统不仅可以固定轴承外壳与汽轮气缸；还能确保机组有效收缩或膨胀。磨损严重期间，会对机组热膨胀产生影响，严重的还会导致更多事故。(4)发电机励磁机部件损坏。异常振动会对机组运行产生较大威胁，汽轮发电机组振动问题复杂，引起振动原因较多，但只要找到振动原因，就能合理解决振动问题。

3振动产生的主要原因

引起汽轮发电机组振动的原因有很多，主要原因有汽轮发电机组本体结构的动力学设计、机械加工、安装检修、设备运行和电网技术问题等，这些原因之间又是相互影响的。汽轮发电机组的振动类型可分为强迫振动和自激振动，强迫振动指弹性系统在受到外界控制的激励作用下发生的振动；自激振动则是指弹性系统在受系统振动本身控制的激励作用下发生的振动。强迫振动的振源主要包括：转子质量不平衡，转轴不对中和联轴器本身缺陷，汽轮机膨胀受阻，电磁干扰，支承刚度不够或轴承装配不良，动静碰磨等。自激振动则主要是由油膜失稳、汽流激振等原因造成。

除上述原因和发电机缺陷引起的振动外，汽轮机运行工况的异常变化也会引起振动问题：①新汽温度过高会引起汽轮机高压段膨胀加大，若金属部件（转子）膨胀超过预留间隙，将引起个别部件或整台机组的振动，前轴承易受热而变形增大，新汽管道膨胀过量将推动轴承座等，从而改变公共轴线，轴承将受弯矩而发生振动；②新蒸汽温度骤然降低，汽轮机转子和汽缸将发生不均匀变形，从而降低前轴承稳定性，蒸汽带水会发生水冲击，增大转轴轴向推力，磨损工作面推力瓦块，通流部分轴向间隙消失，引起机组剧烈振动；③真空和排汽温度变化，会使刚度弱的排汽缸发生变形，轴承座标高发生变化，影响轴承载荷和转子支承状态，从而造成转子中心轴线改变，轴端汽封和轴承座油挡径向间隙消失，引起机组摩擦振动；④轴承入口润滑油温度过高，会改变油的黏度，润滑油的黏度随油温的升高而下降，从而使油膜减薄，承载能力下降，导致轴承的润滑工况恶化，最终引起振动。

4汽流激振问题的控制与处理

4.1单阀切顺序阀，寻找抑制振动最有利阀序

2017年12月2日15:45，真空为-84kPa，机组负荷310MW，以负荷变化率7MW/min向355MW升负荷，16:06升至354MW（对应主汽流量1163t/h）时二瓦振动发生突升，最大振幅234μm，立即以10MW/min速率快速减负荷至310MW，16:09振动恢复至正常水平。通过振动频谱观察，振动激发时以半频值分量为主，转子轴心位置位于左上区域。

4.2解决汽流激振故障

汽轮机运行期间，常常有汽流激振故障产生，当这一情况出现后，难以立即采取措施解决问题。经过一段时间的调查分析，方能找到最佳解决措施。具体应先统计分析汽流激振数据情况，然后详细记录下来，并用图表形式展现，借助图表观察，找到其中内部规律，便于解决实际问题。

4.3振动保护装置安装

振动保护装置由信号报警系统、监控系统、保护系统构成，该装置和测量装置一样，若振动大于某一临界值装置就会发出预警信号，该保护装置的不同主要为其可以发出脉冲信号，该信号可以对电路进行合理控制，让其主动关闭主要汽门，便于紧急停机。一直以来，在汽轮机机组量不断增加的当下，安装测量和保护装置越来越重要。所以，日常工作期间，有必要加强安全监视和保护装置动作研究，确保保护动作科学合理地开展。

4.4解决转子发生热弯曲故障

汽轮机工作较长时间后，转子受到热力作用常常会发生弯曲，这会对汽轮机运行状态产生较大影响。当转子在外力作用下弯曲，势必需要更换新转子，如此即可有效解决汽轮机振动故障问题，确保汽轮机合理运行。

为了减少汽轮机故障问题产生，不仅要确保设备合理安装，还应保证级数人员经验丰富，便于站在不同视角，加强设备运行与安装控制，如此方能保证设备合理运行，最终为发电厂提供充分供电保障。若有故障出现，工作人员应详细检查故障位点，主动分析原因，及时采取措施，加强日常检修与养护，同时让工作人员做好工作记录，合理控制故障产生。

结语

本文针对汽轮机组振动故障特征进行分析，确定为汽流自激振动。超临界汽轮发电机组参数高、蒸汽密度大，发生汽流激振的概率更高。通流径向间隙设计呈“立椭圆”形式以及基建安装时汽封径向间隙调整执行标准下限造成径向总间隙偏小，导致转子在运行状态更容易出现间隙周向分布不均匀现象，进而导致汽流激振。

参考文献

[1]宋光雄,陈松平,等.汽轮机组汽流激振故障原因及分析[J].动力工程学报.2012,10.

[2]罗剑斌,郭文忠,等.某超临界600MW汽轮机汽流激振故障分析与处理[J].热力发电,2009,12.

[3]何国安,赵利军,等.1000MW汽轮机汽流激振的故障分析及处理[J].中国电力.2014,4.