汽轮发电机组冲转升速时振动超限导致跳机问题分析与解决

汽轮发电机组冲转升速时振动超限导致跳机问题分析与解决

汪立志

中国能源建设集团华北电力试验研究院有限公司 天津市 300100

摘要：汽轮发电机组整套启动过程中可能发生振动值超量程的情况，本文对汽轮机冲转过程出现的状况进行了原因分析，结合造成振动高的各种潜在可能因素，提出切实有效的检查及处理方案，对以后类似问题的分析、解决具有相应参考意义。

关键字：汽轮发电机组，振动，原因分析，解决

引言：机组整套启动时（尤其是首次启动），其振动值可能超出机组的保护跳闸值，经由揭瓦检查、发电机加平衡块等等方式方能使振动值合格。汽轮发电机组振动数据是判断汽轮发电机运行情况的重要指标，会严重影响设备及人员的安全，而汽轮机异常振动又是常见故障中比较难确定故障原因的一种，本文根据所遇实际情况结合影响机组振动的各项因素进行分析阐释。

一、以杭丽热电项目机组振动值高处理过程为例

彼时杭丽项目3号汽轮机组所涉及各分系统的调试工作已经结束，正处于机组整套调试阶段。按照首次启动的要求进行详细准备工作后，机组开始启动并升速。按照调试方案先升速至800r/min后，就地打闸，确认机组无摩擦等异常声音，然后重新开启速关阀，开启调门升速至800r/min，依照冷态暖机曲线暖机，且在低速暖机保持时间内，对机组运转情况进行仔细检查，仔细测听各轴瓦，汽封声音，发现并无明显异常。但是注意到发电机一侧，也就是4瓦振动值偏高，大概在80μm左右，不过距报警值还有一段距离。（汽轮机振动的报警值为80μm，跳机值为110μm。发电机振动的报警值为120μm，跳机值为150μm。）当暖机结束后准备按照升速曲线将机组由800r/min升速到2000r/min，但到1043r/min过程中发现机组振动值整体迅速升高，其中发电机4瓦瞬间到194.8μm，而汽轮机3瓦处振动也已经超出110μm跳机值。其他两个瓦处振动也有明显的增大趋势。

而且第一次时1043r/min时已跳机，距杭州汽轮机股份有限公司所供非停顿区1300-1750r/min转速上还有一段距离。跳机转速到0r/min后启动盘车，继续连续盘转，以尽量缩小转子热弯曲的可能性。同时再次对系统及机组本身进行检查，期间并没有发现明显的问题。因而当检查完相关测振探头的准确性后，经业主、监理、总包、调试、安装以及汽轮机厂家、发电机厂家共同商议，决定再次冲转以排除是否首次为偶发性的故障，同时再次启动也为一旦振动问题依旧存在，为之后出具解决方案提供相应参考数据。因而依照规程规范按要求再次升速到800r/min，当由800r/min升速到2000r/min的过程中，机组的整体振动再次飙升，并导致跳机。

分析数据汽轮机组1瓦处尚未达到报警值，2瓦、3瓦、4瓦三处已经严重超出跳机值。因而决定暂停冲转工作，查找造成汽轮发电机组振动值超标的原因并处理完成后再重新开展整套启动工作。之后先后经历了安装单位揭瓦检查，发电机设备厂家现场加平衡块，虽有一定程度好转但振动仍超限，最终由于振动值变化相对较大，现场无法将其调整到稳定水平，因而决定将发电机转子返厂对转子动平衡进行优化（发电机转子返厂后单转汽轮机，发现汽轮机运行稳定，振动值优良）。转子返回后，再启动时机组振动值已达到正常范围内。

二、振动超限原因初步分析及解决方案

振动超过限值导致跳机发生的情况下，根据机组实际问题需重点检查以下几个方面：

1. 启动冲转时部分参数不满足机组要求。实际查看，进油压力及温度、进汽压力、温度（包括过热度）、流量及上下缸温度、温差、胀差以及盘车时间、疏水状况等等各项参数是否均满足启动要求无问题。

2. 汽轮机动静部分存在有接触摩擦现象。确保冲转时现场人员确认无明显异常响动，且监视各瓦温度均正常无明显上涨的现象。

3. 顶轴油管道存在油压对整个汽轮机组的轴系有影响。部分机组汽轮机冲转后，顶轴油分配装置至各瓦的压力表仍有部分油压，其对整个轴系依然存在影响。多数情况下虽不足以影响机组正常运行，但仍需关注油压和振动关系。

4. 油膜失稳和气流激振也是出现振动问题的重要潜在因素。前者可以使转子产生疲劳损伤乃至脆性断裂，后者可以使转子发生动静碰磨。启动过程需特别注意。

5. 汽轮发电机组转子动平衡存在有问题。汽轮机和发电机最初投运有可能存在汽轮机转子或者发电机转子某一方不平衡或者两者都均合格但由于某些原因造成两者不完全匹配。需要检查验证相关的资料予以确认。

6. 安装问题导致机组冲转时振动大。根据对以往处理现场振动问题的统计，振动异常很多是安装不合要求或者运行不当引起的。而安装问题在现场检查起来相对比较容易：

1. 揭开轴承座，检查联轴器，复查检查联轴器中心。

2. 复查汽-发联轴器外圆、端面跳动。

3. 复查轴瓦侧隙、顶隙、紧力和球面接触面积。

4. 复查轴颈、轴承、轴承座水平

5. 复查猫爪间隙问题

三、发电机侧振动大相关

振动故障是发电机运行过程中的常见故障类型，通常是由于发电机的转动部分不平衡、电磁方面或机械故障引发的。发电机振动故障带来的影响比较大，因而在调试及运行过程中必须要明确发电机振动故障的原因，及时做好措施，以减少发电机故障的发生率。

3.1发电机异常振动的危害

发电机异常振动带来的危害主要有以下几个方面：①振动高会导致发电机组连接处的部件出现松动。②发电机异常振动会导致发电机基座的二次浇灌体发生松动，使得机组基础处出现裂缝。③发电机异常振动会导致发电机的通流部分的封轴装置相互摩擦，出现严重的磨损，并且造成设备主轴弯曲。④导致带动汽轮机同时发生振动，而汽轮机组进汽压力温度极高，极易造成事故。④导致滑销磨损，严重时还会影响发电机的热膨胀能力，造成严重的安全隐患。⑤异常振动会导致发电机的转子护环出现松动和磨损，严重时会造成芯环破损和线路的绝缘磨损现象，引发短路故障和接地故障。

3.2发电机异常振动的常见原因

发电机振动故障的情况相对于其他方面相对较为复杂，既有机械方面的原因，也有电气方面的原因。机械方面引起振动的原因主要有：断叶片、动静部件摩擦、气流激振、转子突然受到大的扰动冲击、油膜振荡等。而电气方面的原因主要有定转子磁力中心不对称、定转子气隙不均匀、转子绕组两点接地及转子绕组匝间短路等。

3.3发电机组振动故障的处理

①发电机组振动异常的故障检测。首先应当做的就是故障监测。根据振动异常故障发生时的频率波形的变化特点、频率的变化情况等情况对振动故障的原因进行分析，同时观察振动相位的变化情况以及相邻轴承的相位间的相互关系，对发电机组运行过程中的转速、温度、负荷等各种参数进行分析，将其与正常工作参数进行对比，作为故障原因的分析依据。

②发电机组振动异常问题解决。可以针对不同的故障原因，采取不同的方式进行处理。在出现发电机振动大的异常情况之后，应当根据其呈现出的具体特点，找出可能导致异常故障的根源性问题，对症下药，而绝不能忽视其重要性，不经分析随意采取措施，避免造成更严重的事故。

③必须做好发电机日常维护管理。机组在调试到正常运行整个过程中绝不能放松警惕，为了减少异常振动，必须要积极加强对发电机组的日常维护管理，相关人员必须要定期对发电机组进行检测，对各种硬件进行测试，一旦发现问题要及时维修。

四、整个汽轮发电机组振动大相关

相对于以上所说的单独的发电机侧振动大的内容，扩展到整个汽轮发电机组的振动问题，显得更为重要，因为现阶段发电机主要由汽轮机所带动，两者紧密联系。整个汽轮发电机组产生振动的因素很多，既有设计制造方面的原因，也有安装和检修方面的原因，还有运行方面的原因。而且他们之间又会互相干涉和影响。想要处理振动问题就必须找到具体原因，而找到其内在原因又绝非易事，必须引起足够的重视，进行仔细研究和大量的试验分析后才能确定。

4.1汽轮发电机组振动超限带来的影响

发电机作为汽轮发电机组的组成部分，其以上提到的一些内容相较于整个机组来说，既有相同的方面，也有所区别。

1. 汽轮发电机组下面的基础出现松动、裂缝、台板松动等。

2. 汽轮机的隔板、汽缸、轴承座、联轴器等螺栓出现松动

3. 汽轮机动静部分产生摩擦，汽轮机大轴弯曲。

4. 汽轮机立销、横销、纵销磨损，限制汽轮机的动静部分膨胀

5. 汽轮机叶片折断，转子失衡。

6. 汽轮机滑动轴承表面出现缺陷

7. 汽轮机的机械超速保护误动作。

8. 发电机转子护环松弛磨损，芯环损坏，电气绝缘磨损，直至接地或短路

9. 励磁机整流子及其碳刷磨损严重。

4.2汽轮发电机组振动产生的原因

下面以几点比较常见导致振动的原因进行分析：

4.2.1汽缸内汽封与叶片出现摩擦

①安装原因造成的转子与汽封环轴向与径向的偏差大。

②机组启停时操作不当，造成局部机械变形大或者各部件膨胀不均匀。

③汽轮机前箱推力瓦或者主轴滑动轴承出现缺陷。

④主轴、叶轮、动叶片及联轴器等松动错位

⑤汽轮发电机组运行时出现振动检测值严重超标

⑥汽轮机高、中、低压通流部分零件受损

⑦汽轮机大轴弯曲或者严重变形的情况下强行盘车

4.2.2汽轮机引起大轴弯曲的主要因素

①汽轮发电机组在运行过程中出现转轴与轴封或者叶片与汽封的摩擦

②汽轮发电机组停机之后没有及时投盘车或者盘车时间短，由于上下温差大导致弯曲

③虽然到了可停盘车温度，但由于上下温差仍然过大的话，停盘车也有可能造成弯曲。

4.2.3汽轮发电机组发生水击引起振动产生

①锅炉侧控制不好出现汽水共腾的现象

②锅炉侧一级或者二级减温出现大的漏点未能及时发现

③汽轮发电机组冲转前没有充分的暖管或者疏水不充分等问题

④汽轮机组滑停时，一旦监护不到位出现汽缸温度骤降，干饱和蒸汽变成带水湿蒸汽。

⑤汽轮机停止运行操作时，投入的备用汽封汽源有积水而进入。

4.2.4汽轮机叶片缺陷导致振动

①机械方面的损伤。此种情况主要是有杂质进入汽缸、或者汽缸内部零件脱落，再或者滑动、推力轴承有缺陷、主轴弯曲、动静部分摩擦等，都能造成机械损伤。

②水蚀方面的损伤。湿蒸汽里的水滴会对低压缸末几级叶片冲击，会造成叶片损伤。

③水击方面损伤。如果汽轮机发生水击，一般高压缸前几级叶片应力变大急速冷却，造成固定叶片工作强度降低，产生共振造成断裂。

④锈蚀与腐蚀方面的损伤。如果湿蒸汽进入汽轮机内部汽缸的话，就容易造成锈蚀腐蚀，同样工作强度也会变小，造成损伤。

4.3防治汽轮发电机组振动大应采取以下措施

①安装方面应该做到：

选择正确的轴承标高、安装时充分考虑轴承特性、控制好汽轮发电机组的中心、避免滑销系统引起振动(考虑机组受热后膨胀)、控制动静间隙、防止转子结垢产生质量不平衡、保持转子中心孔清洁、控制活动部件等等。

②调试及运行方面应该做到：

要检查机组受热后的膨胀状态、严格控制润滑油温以形成良好的油膜状态、启机前应该做好暖管及系统疏水工作、按照规程对轴封进汽温度进行控制、控制机组的真空和排气缸温度、关注发电机转子电流、要谨防运行时容易发生断叶片事故等等。

③而一旦汽轮发电机组振动异常情况发生，如何判断那些常见的产生振动的原因有以下几个通过实验可以实现：励磁电流实验、转速实验、汽轮机带负荷试验和汽轮机轴承润滑油膜试验。

结束语：振动数据是汽轮发电机组的一项主要的技术指标，对于汽轮发电机组的安全稳定运行具有重要意义。如果振动过大极易导致严重故障，威胁设备本身乃至人员安全。本文简要分析了能够引起汽轮发电机组振动异常的相关内容。明确产生汽轮发电机组的一些原因及需要注意的方面，相信对于相关工作的顺利展开具有一定指导及借鉴意义。