1000MW超超临界汽轮机组振动异常问题分析

1000MW超超临界汽轮机组振动异常问题分析

李,帅

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510080）

摘 要：本文介绍某发电厂1000MW超超临界汽轮机组在投入生产运行半年内出现的振动大导致机组停运问题的分析过程，重点在对产生振动大原因进行多方面分析，并找出振动的根本原因为同类型机组提供可借鉴经验，并在调试及正常运行期间加以避免。

关键词：汽轮机、1000MW、超超临界、振动分析

某电厂1000MW超超临界汽轮机组于2018年10月投入生产，汽机为上海汽轮机厂生产的超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机。在4个月的运行期内，经历几次启停机，振动参数基本正常，机组带满负荷能稳定运行。但在第5个月的运行及停机过程中，存在两个振动异常现象，一是满负荷下1瓦轴振波动大，二是机组在滑停惰走过程中，轴系各瓦过临界轴振大。

一、机组振动大具体情况介绍：

1.1、满负荷工况1瓦轴振波动情况

2019年2月28日至3月16日，#1轴振随负荷变化而变化，负荷升高时，#1轴振增大，负荷降低时，#1轴振随之下降，在800MW负荷以下时，#1轴振单峰值在40~80μm波动；机组在满负荷1000MW工况下，1瓦轴振频繁波动并有爬升趋势，单峰值80~110μm波动，瞬时极值130μm，瓦振0.7mm/s，基本稳定不变；其它各瓦波动幅度较少，从#1轴振动曲线看，3月15日1时后有下降趋势。从TDM系统分析可知，振动波动主要是工频成分，伴随明显的低频及二倍频分量。DCS历史数据表明，在机组调试投运初期，1瓦轴振随负荷变化就存在明显波动现象，波动幅度30~130μm不等，频度相对要低。查看满负荷工况下1瓦的润滑油回油温度在8个轴承中为较低，仅59.7℃。

润滑油压、油温基本不变，1瓦左下钨金温度有爬升趋势，2019年1月15日前，#1轴承左前下为81℃以下，1月27日升至83.4℃，2月11日升至88.5℃，3月10日以后，瓦温又开始上升至16日升至96.5℃，1瓦其它测点温度在70℃以下并变化不大。其它轴承温度基本不变。#2轴承右下91℃、左下66℃，#3轴承左下99℃、右下73℃，#4轴承左下101℃、右下74℃，#5轴承左下103℃、右下73℃，各瓦下部轴承温度不均匀。

1.2、停机惰走过临界振动大情况

机组在停机惰走过临界过程中，轴系在转速2600r/min、1200~700r/min范围、630r/min等均存在明显峰值。查看DCS数据，2018年10月5日、2019年1月26日、2月11日和2月20日四次滑停惰走曲线，1、3-6瓦轴振均在2600r/min、1200~700r/min出现大振动峰值。尤其是2月11日停机这次，振动最大，达250μm，轴振动值在100um以上持续时间约10分钟，TDM数据显示，振动达到峰值区域，主要为工频成分。前几次停机过程振动幅值没有最近三次滑停时大。该机组由于在启动时升速率自动为600r/min/min，启动升速过程基本上看不到临界振动峰值或者即使有表现，振动幅值也很小。

表1 机组几次停机惰走过程振动峰值情况

*注：第一行为振动峰值对应的转速，单位为r/min；第二行为轴线惰走过程最大的振动值对应的轴瓦和转速值，单位分别为μm@r/min。

1.3、高压缸后轴封（靠近#1轴承）漏汽量比设计值大

2019年3月8日，#1机组性能试验前发现高压缸轴封至中压缸排汽流量比设计值要大，设计为9.63t/h，试验为17t/h。

二、轴系结构及振动测量系统（TDM）介绍

机组轴系结构如图1，汽机4段转子由5个轴承支撑，发电转子由两个轴承支撑。高压缸轴承为椭圆轴承，安装在球形座上；低压转子为改良的椭圆形轴承，安装在圆柱形壳内。转子端部汽封形式为：低压转子为相对的平齿汽封，中压转子为交替安装的高低齿迷宫式汽封，高压转子进汽端为平齿和高低齿的汽封，排汽端为平齿和斜齿汽封；所有转子叶顶均采用迷宫式汽封。机组采用全周进汽方式。机组振动测量系统为MMS600系统；同时配置北京华科同安的TDM系统。

图1 轴系结构简图

三 机组振动特征分析

3.1、1瓦轴振满负荷波动特征及原因分析

（1）1瓦振动波动特征

1瓦轴振在低负荷工况较稳定，高负荷特别是满负荷波动较大。负荷变化，容易诱发轴振波动；1瓦轴振波动幅度较大，3月11日前主要是1Y方向，1X轴振和瓦振也有波动，但幅值较小。但在3月11日后，1X轴振波动增大，导致1瓦轴振合成值增大；振动波动的主要成分为基频分量（即与转速同步的50Hz振动成分），且振动相位基本稳定，同时也有少量低频及二倍频分量；1瓦轴心轨迹呈扁锤形；除1瓦轴振外，其它各瓦在包括满负荷工况内的所有稳定工况振动稳定合格；1瓦轴振波动现象由来已久，从基建调试期起就一直存在，它与轴系结构有关。

（2）1瓦振动波动原因分析

高压转子振动以基频分量为主，且振动基值有逐渐增大的趋势，高压转子本身的失衡，即转子运行一段时间后，由于转子本身残余应力的释放等原因，引起高压转子平衡状态改变；1Y轴振比1X大，可能原因之一在于1号轴承在Y方向和X方向的动刚度不一致，即Y方向刚度弱、X方向刚度强有关。根据滑动轴承油膜与转轴旋转方向的关系分析，Y方向的油膜最薄，油膜刚度应比X方向要强。因此，有可能是轴承瓦块支撑刚度存在差异，或Y方向的动刚度变弱；1Y轴振比1X大，可能原因之二在于椭圆瓦在这两个方向的间隙不一样，活动约束不同，即Y方向间隙大转轴活动空间大、X方向间隙小转轴活动空间小；1瓦振动波动的另一诱因在于高压蒸汽的汽流激振。由于1瓦处转轴小而轻，承载较轻，轴瓦抵抗扰动能力差，很容易被激起振动；1号轴瓦设计为椭圆瓦，稳定性及自位能力比可倾瓦要差，其它制造厂的1瓦多为可倾瓦。运行一段时间后，同样工况下振动波动频率加大，表明轴瓦抗扰动能力进一步变弱，轴瓦稳定性变差，特别是1瓦左前下的温度持续增大。

3.2、停机惰走过临界振动特征

机组在720r/min、840r/min、1200r/min、1320r/min、2600r/min等转速附近，均存在临界转速区。在每次停机过程中，不论轴振和瓦振，均存在振动峰值；机组定速空载、带负荷过程及满负荷状态下，机组轴系振动存在波动，但除#1轴振外，其它轴承振动一旦稳定，轴系振动稳定，且不超过60μm；最近三次机组滑停，在解列打闸时刻，轴封蒸汽压力和温度变化相对较大，虽停机时轴系振动与以前一样，但在降速过临界特别是1200~700r/min转速区域时，振动异常变大，振动主要是工频成分；停机后再启动，并网带满负荷机组振动基本能恢复到以前的水平。

3.3、降速过临界振动变大原因分析

机组过临界时，振动存在峰值，转子制造时存在残余质量不平衡激振力，进而在临界转速区域激发共振；降速过临界振动异常变大，再次开机振动又能恢复，表明机组在热态停机前存在临时热弯曲。前三次机组解列打闸前，轴系振动并没有异常增大，表明在这个时刻以前，轴系的临时热弯曲变形影响尚不明显；最近三次停机过程中均可能因为轴封蒸汽参数的变化，导致机组在停机前或停机过程中发生动静摩擦，摩擦使转子产生临时热弯曲变形，这个热弯曲与转子固有残余不平衡叠加一起，导致机组在过临界时振动被放大，异常增大。动静摩擦程度不一样，使得每次停机过临界振动增大的幅度不同；本型汽轮机轴系设计为4轴段共5个支撑，机组降速过临界时轴系3-6瓦振动均相继在1200~700r/min区域出现较大峰值，怀疑与这种轴系支撑结构设计特性有关。即只要轴系有一个轴段或轴瓦振动增大，会很快影响到其它轴瓦的振动增大。

四、同类型机组振动情况

1、外高桥电厂#8机组在高负荷时#1轴振、#7轴振波动大，其中1X轴振动值50-170μm波动，1Y轴振动值20-50μm波动，绝对振动1.1mm/s升至2.1mm/s。7X轴振动值100-170μm波动，7Y轴振动值55-90μm波动，绝对振动3.2mm/s升至5.5mm/s。#1轴振动主要以基频成分（50Hz）为主，相位在20-30度变化，是转子热弯曲引起动静碰摩，机组运行一段时间后，振动下降并稳定。

2、玉环电厂#3机组#5、#6轴承在高负荷时，振动波动大，#5轴振在机组500MW负荷时，轴振为86μm，在满负荷时接近130μm（单峰值），低压转子存在一定的质量不平衡，通过对低压转子实施高速动平衡降低了振动。

五、结论及建议

5.1、关于1瓦轴振大的问题

机组满负荷工况1瓦的波动属该型机组正常变化现象，运行中采取尽量放缓机组升降负荷速率，减弱蒸汽流量对振动的波动，维持1瓦轴振稳定运行；适当提高润滑油温度，增大轴瓦振动稳定性，在低负荷提高油温至53~54℃，观察振动变化；将补汽阀开度限制全关闭位置，防止补汽阀开启诱发汽流激振；对1瓦轴振和瓦振加强监测，增加就地巡测。当#1轴振（单峰值）基值达130μm，瞬间波动值150μm时，同时观察绝对振动和#2轴承振动变化情况，轴承温度变化，采取减负荷运行，直到振动能控制；下次停机前，可进行变真空、变凝汽器水位和变轴封温度试验，测试机组振动与这些因素的关联变化情况；下次停机检查：a）检查1瓦振动测量系统，确保测量结果正确可靠，不受干扰。b）检查1瓦支撑刚度情况，合理调整轴瓦间隙，在厂家指导下，尽量取小间隙值；检查接触面情况。在保证瓦温不超标的前提下，适当增加1瓦标高，增大承载。c）检查液压盘车小轴与高压转子连接情况。

5.2、关于停机惰走过临界轴振大的问题

为了减少机组停机惰走过临界轴振异常增大影响，建议在解列停机等操作中注意：控制轴封蒸汽参数尽量平稳，避免产生轴封动静摩擦；研究探寻停机时轴封蒸汽的快速平稳切换和可靠供给的运行控制方式，避免在停机阶段发生动静摩擦，导致转子临时热弯曲，诱发过临界振动增大；一旦停机过程发生动静摩擦引发临时热弯曲，转子惰走至1500r/min时，破坏真空快速停机，减少机组在高振动值下的停留时间；通过上述措施仍不能有效控制机组惰走过临界轴振大的问题，对低压转子进行精细动平衡，尽量降低轴系不平衡激振力。

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