300MW汽轮机组动静碰摩及结构振动分析与治理

300MW汽轮机组动静碰摩及结构振动分析与治理

吴振纯、徐蒲瀚、崔克谦

国家电投集团东北电力有限公司抚顺热电分公司 113008

摘要：汽轮机按照不同的结构、原理以及用途等分为较多种类，其中高温高压汽轮机的实际应用较为广泛，近年来高温高压汽轮机的进口参数已经得到妥当的改善，但仍然对轴承系统存在较为强烈的干扰，导致轴承系统面临弯曲或损坏的风险，可能会在经济方面造成较大损失。尤其是在蒸气分配较为复杂时，新蒸气会对调节叶片造成一定的阻力，因此需要轴承系统具备更强的稳定性。因此可以说，轴承的稳定性直接影响汽轮机组的稳定性，轴承对于振动十分敏感，若机组振动现象超过所允许的范围，则会导致机组运行停止，大大降低了电厂的工作效率。

关键词：振动分析；300MW汽轮机；碰磨；故障处理

引言

在首次启动或经过大修后再次启动或满负荷运转负荷过程中，汽轮机容易发生机械振动，主要原因有很多，如驱动转子不平衡、低频自激振荡、转动时零部件飞脱、联轴器与转轴相配合的松紧力不足、转子弯曲、动静碰摩等。通常通过数据分析，根据振动特点，确定故障原因并进行针对性处理，分析方法有轨迹分析法、波形分析法、频谱分析、阶比分析等。以某电厂300MW机组汽轮机为例，分析其通流改造后的首次启动过程中振动测试发现的问题及解决措施。

１设备概述

某电厂２号机组配套半容量给水泵汽轮机，已安全运行１０年。给水泵汽轮机与给水泵均为单跨、双支撑结构，两者通过叠片联轴器连接。给水泵汽轮机转子为整锻转子，无中心孔，结构简单且易于维护。前后轴承都为滑动轴承，其中＃１轴承为推力轴承－径向轴承联合轴承；＃２轴承为固定瓦径向轴承。２０２１年２月，２号机组给水泵汽轮机Ａ发生了次末级叶片断裂故障，经过分析后判定不能继续安全、稳定运行，因此作出了立即返原制造厂维修的决定。由于机组正处于供暖期，及疫情影响等原因，原制造厂仅对给水泵汽轮机转子更换断裂叶片、整体探伤以及低速动平衡后，即将转子返回电厂。由于原制造厂缺乏高速动平衡设备，相关试验需委托第三方厂家，故此次维修并未对转子进行高速动平衡试验。

2电厂汽轮机组振动问题的特点

2.1转子质量不均衡导致的问题特点

转子质量不均衡是电厂汽轮机组出现振动问题的主要原因之一。不同转子之间的质量也存在一定的差异，转子的质量会直接影响汽轮机组的整体性能。若转子出现弯曲情况，但未及时发现，则无法迅速将汽轮机组从弯曲状态中调整出来，在运转过程中机组零件产生摩擦，从而使加工对象与导向板之间摩擦力变大。若此时未进行合理的调度控制，则会导致汽轮机叶片出现变形或膜片出现弯曲，从而直接引发振动问题。并且，汽轮机组在运行过程中，其速度越快，离心力也就越大，其振动问题也将更加严重。对于在轴的方向上出现轴、轴衬或轴承等的振动现象，需要提前在相应位置设置电阻，从而便于对振动幅度的评估。安装动态轴承时若未按照要求，也可能导致出现振动问题。

2.2轴承的标高

不管是汽轮机还是发电机转子，其两端都是由轴承支撑的，当两端的轴承标高偏差不在设计要求的范围内时，转子两端轴承的负荷分配就会偏离设计要求，产生不平衡量。此时，负荷较轻的一边，轴瓦内的油膜将会形成不好或者根本不能建立油膜，这样就会诱发机组的自激振动、油膜振动和汽流激振等；而负荷较重的一边，由于吃力太大，会引起轴瓦温度升高，当轴瓦乌金温度达到一定值时，很容易产生轴瓦乌金过热现象，从而造成机组的振动。因此在汽轮机组安装或大修后回装时，应该根据制造厂家的技术要求，再结合现场的实际情况对机组轴承标高进行认真的调整。这是因为制造厂家提供的数据是根据机组冷态时的情况再综合一般机组受热后膨胀的情况得出的，这会与现场实际情况存在差别，机组受热后的膨胀也会有偏差，所以必须结合各厂的实际情况对机组轴承标高进行调整。

2.3油膜振荡导致的问题特点

由于汽轮机组在电厂中属于较为重要的设备之一，因此若汽轮机组工作稳定性不足，则会导致电厂发电工作整体不够稳定。在汽轮机组出现振动初期，应迅速掌握其振动幅度，并随时进行监督和记录，若发现振动存在不稳定性，需要及时对数据情况进行汇总并分析。若汽轮机运转过程中，转子失去相应的稳定性，则会导致汽轮机组振动混乱，振幅加大。此时则会由于汽轮机组振动的混乱性导致油膜震荡的出现。这种油膜震荡导致的振动主要具有频率低、振幅小的特点。

3 300MW汽轮机组动静碰摩及结构振动治理措施

3.1调整汽机润滑油温

我厂640MW汽轮机润滑油冷油器出口油温是双金属温控阀控制，运行中不可以调节，只要保证冷油器开式水冷却流量，出口油温可以控制在正常范围，并且通过持续跟踪对比，温控阀能正常工作，主机润滑油温度一直稳定在设计值范围内。

3.2采取科学的保护措施

除了及时发现汽轮机组的振动问题并采取措施进行解决之外，还应对汽轮机组形成一定的保护措施。可以采取一定的防振装置，当汽轮机组的振动符合允许的范围之内时，防振装置不会进行干预，当实际的振动幅度超出允许范围后，防振装置应发射脉冲信号，对整个机组回路形成保护，在掌握实际振动情况后拥有可以操控关闭主蒸汽阀的权限，进行紧急停机操作。

3.3控制主油箱负压

在运行过程中可以通过调节主油箱排烟风机入口手动门，维持合适的负压。如果主油箱负压过大，轴承座内部对外部空气抽吸力增大引起杂质进入油档，进一步加剧积碳物的生成。调整主油箱负压时要注意轴承油档是否会发生渗油，要根据轴承油档间隙和实际运行情况，分次分步骤调整。结合机组运行实际，我厂将主油箱排烟风机入口负压值设定为-2000pa。

3.4建立完善的监控制度

为及时发现汽轮机组所存在的振动问题，相关管理人员应为汽轮机组配备相应的振动测量装置，随时监测轴承以及轴的振动情况，应全天候指派专门监控人员进行看管，避免出现监控死角，从而确保对汽轮机组振动问题的监控具备一定的全面性。在监测到振动问题产生时，应利用相关的警报装置及时发出警报，从而警告相关技术人员，从而采取科学有效的措施对振动问题进行解决，从而有效避免安全事故的发生。除了对于突发情况的监控之外，还应做好日常的汽轮机组管理工作，技术人员应养成科学操作设备的意识，日常对设备进行维护维修，避免安全事故产生。

结束语

汽轮机组实际运行中，振动在一定值范围内是不可避免,也是允许的。但是异常、过大的振动则说明机组存在着缺陷。在这种不正常的振动力的作用下,会造成机组各部件之间的连接松动,会削弱气缸、轴承座与基座等之间的连接刚度,而刚度的降低反过来会加剧机组的振动。振动加剧,又会使转动部件和静止部件摩擦或咬合从而导致机组汽封,中分面漏汽严重,轴瓦损坏，进而发展成被迫停机的事故。因此,加强机组运行期间振动参数的跟踪监视和分析，及时地找出机组异常振动的原因,采取必要的措施降低机组振动水平是汽轮发电机组安全运行的关键。

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