汽輪機異常振動的分析和治理

王玉平

（神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719319）

隨著我國經濟的快速發展，對電力供應提出了更高的要求。為了保障城市經濟的發展與居民用電的穩定，加強汽輪機組日常保養與維護，保障城市供電已經成為了火力發電廠維護部門的重要任務。汽輪機作為火電廠中三大主要設備之一，其安全運行、檢修與維護是發電廠正常運作的重中之重。然而，在正常運行中，汽輪機異常振動是所有電力行業人員面對的最常見也是最難解決的的問題，本文重點闡述神華陜西國華錦界能源有限責任公司#1機組汽輪機振動偏大的治理和排除，結合生產現場提出并總結處理措施，以供參考。

1 設備介紹

1.1 汽輪機概述

本汽輪機采用上海汽輪機有限公司設計制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。高中壓部分采用合缸順流結構，低壓部分采用雙流反向結構。汽輪機型號為：N600－16.7/537/537。

本汽輪機屬于反動式汽輪機，汽輪機的低壓軸承座為了適應空冷機組背壓變化大的特性，均采用落地式布置，以減小由于溫度變化引起的軸承標高變化。兩個低壓缸和中軸承座Ⅰ、中軸承座Ⅱ、后軸承座均為固定布置。低壓缸的死點處于汽輪機軸線方向距離低壓缸排汽中心線600 mm并朝向調閥端的一點。中軸承座Ⅰ、中軸承座Ⅱ、后軸承座的中部也均有固定軸向和橫向位置的錨固板。

高中壓轉子的1、2號軸承和低壓轉子的3、4、5、6號軸承采用可傾瓦式，它具有良好的穩定性，可避免油膜振蕩。推力軸承采用自位式，它能自動調整推力瓦塊負荷，穩定性好。此外，通過推力軸承殼體的定位機構，可測量并調整推力軸承的間隙。高中壓轉子與低壓轉子之間及兩根低壓轉子之間、低壓轉子與發電機轉子之間都采用剛性聯軸器連接。

1.2 汽輪發電機組軸振動限值

我廠規定振動超過125 μm報警，振動到254 μm且相鄰瓦到報警值時，機組跳閘。

表1 ISO/DIS79110－2《旋轉機器軸振動的測量與評定——第二部分：大型汽輪發電機組應用指南》對汽輪機振動

2 存在問題

國華錦界電廠#1機組至投產以來#2軸承振動相對偏大，正常運行中長期處于報警狀態，在機組啟動過臨界轉速的時候，振動值很大超出了不合格的范圍，曾經出現過機組啟動過程中，振動值大，轉速不能到達3 000 r/min而定速的局面。嚴重影響國華錦界#1機組汽輪機安全運行及本單位的經濟效益。

3 原因分析

造成汽輪機組異常振動的原因是多方面的，跟機體有關的任何一個設備或者是媒介都有可能是引起汽輪機組振動的原因所在，例如進汽參數、油溫、疏水、油質、轉子熱變形、發電機電磁影響等。總之，有以下幾方面原因：

3.1 測振動儀表的準確度

監視振動的儀表和監視系統主要包括框架、電源、系統監視器和其他監視器及配套傳感器。監視器主要是雙通道軸振動監視器，其主要部件是振動探頭和轉換儀器。這些部件中只要任何一個有問題，汽輪機的軸振動就會變化，影響汽輪機的監視，更影響機組安全。

3.2 汽流激振

對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產生流道紊亂也可能發生汽流激振現象；在檢查汽輪機組產生異常振動的類型是否屬于汽流激振的時候可以依據兩個方面來判斷，其一是機組出現大量值的低頻分量；其二是運行參數能夠明顯的影響振動的增大幅度，而且這種增大應該是突發性的，如負荷等，所以汽輪機運行時應盡量在額定參數下運行，避免在低溫低壓區域長時間運行，而且負荷不宜波運太大，升降負荷時要控制好升負荷率。

3.3 轉子不平衡

由于轉子在轉動的時候會有離心力的作用，所以如果轉子在沒有達到動平衡的情況下，容易在某個方向振動異常大而且比較明顯。這個動不平衡的問題可以通過動平衡試驗，往轉子上加平衡塊的方法來解決。因動平衡試驗比較復雜，這里就不詳細說明了。

3.4 轉子熱變形

機組轉子熱變形原因很多，如轉子自身熱應力、運行中氣缸進水、進冷空氣以及動靜摩擦、中心孔進油、發電機轉子冷卻不均勻等。在機組冷態啟機定速后的帶負荷階段，這個時候轉子溫度是逐漸升高的，而材質內應力的釋放會引起轉子的熱變形，帶來一倍頻振動的增大，當然同時也有可能伴隨著相位的變化。因此導致轉子彎曲變形從而形成汽輪機組的異常振動。根據以上原理，可以得出針對轉子熱變形的故障處理方式，即時常更換新的轉子以減少汽輪機組的異常振動，從根源上斷絕問題出現的可能性，因為沒有了振動的產生，汽輪機組也就不會有異常振動了。

3.5 潤滑、頂軸油未調好

油膜對轉子的正常運作有著不可或缺的作用，它能夠潤滑滑動軸承，使轉子在運作時保持穩定性。因此當大機組頂軸油沒有調好的時候，油膜就無法很好地起到其應有的作用，當汽機沖轉的時候油膜容易被破壞掉，引起汽輪機振動偏大甚至燒瓦。所以頂軸油要調好，溢流孔要鎖緊，巡檢也要經常巡視。

3.6 軸承間隙不合適

軸承間隙的大小如果不合適也會引起汽輪機組的異常振動。軸承間隙過大，會使運行中軸承振動不穩，擾動不均，容易使振動不斷增大從而影響機組運行。所以在機器安裝之初就要檢查好軸承間隙是否符合標準，以確保機器的正常運行。

3.7 摩擦振動

在機器運行的過程中，摩擦是不可避免的，但是對于汽輪機中的轉子來說，正常的摩擦產生的抖動和渦動等現象對機器本身的運轉所造成的影響是不會很大的，影響最大的主要是摩擦所帶來的轉子熱彎曲。造成轉子熱彎曲的主要原因是在動靜摩擦的時候，圓周上面的各個點所產生的摩擦程度是不同的，這也就導致了摩擦后會產生溫差，最終使轉子由于受熱不均而產生彎曲，產生影響汽輪機組正常運作的異常振動。這就要求在生產中要及時檢查轉子的工作情況以及是否產生變形，一旦發現問題要及時解決，以免產生更大的隱患。

3.8 高中壓缸推力不平衡

只有在保證高排后壓力與中壓排氣壓力相等的情況下，才會產生平衡的軸向推力，而平衡的軸向推力也是保證汽輪機組正常運行的必要條件。因此一旦高中壓缸推力不平衡，例如某一溫度測點或者是壓力測點出現漏氣的情況，就會產生問題，最終造成汽輪機組的異常振動。

3.9 發電機電磁系統引起振動

如發電機轉子與靜子之間空氣間隙不均勻、發電機轉子線圈短路等，均會引起機組的振動。

4 軸振動異常治理過程及措施

針對以上原因，國華錦界集控運行專業、汽機專業、熱控專業、電氣專業根據生產現場的實際情況制定了以下處理方法。

4.1 檢查維護測振動儀表

國華錦界汽機專業、熱控專業聯手對振動儀表進行了檢查和維護，保證了監視的準確性。

4.2 優化汽輪機啟停操作及運行規定

結合現場的生產實際，國華電廠對機組啟停的操作步序和要求進行了更加嚴謹系統的要求，尤其是對汽輪機沖轉參數，汽輪機啟動前輔助系統投入，諸如潤滑油系統、頂軸油系統、密封油系統、盤車、軸封系統以及各高中低壓疏水系統等的投入作出了明確的規定，確保啟動過程中的安全。對于汽輪機停機過程中的操作，諸如降壓降溫速度、汽機輔助退出作出了更加明確的要求，對于汽輪機停止后防止冷汽水進入汽機的操作進行了詳實的規定。同時對正常運行中，汽輪機的各個系統的操作、維護進行了詳實的規定，這樣從運行的角度規避了由于汽流激振，轉子熱變形，潤滑、頂軸油未調好導致的軸振動大。更在一定程度上避免了由于受熱不均摩擦振動的出現。

4.3 減少由于電磁原因引起的振動

發電機轉子與靜子之間空氣間隙不均勻、發電機轉子線圈短路等，均會引起機組的振動。然而，國華錦界電廠屬于長距離輸電只有2條，且輸電線路長達500 km，線路故障的幾率大，電磁對汽輪發電機的軸振動很大。2009年成功投入了次同步諧振動態穩定器 SSR－DS系統 SubSynchrousResonance DynamicStatiblizer，利用傳統的SVC設備（包括晶閘管控制電抗器（TCR）、三次諧波濾波器（H3）、五次諧波濾波器（H5）等設備及附屬冷卻系統），引入發電機組軸系的轉速信號作為輸入控制信號之一，組成與SVC調節目標不相同的調節裝置，在系統發生次同步諧振發電機轉速發生變化時，轉速變化量輸入調節裝置，通過調節晶閘管的導通角度改變裝置接入系統的阻抗，即增加系統的阻尼，來破壞電氣系統與機械系統之間的諧振條件，從而達到抑制次同步諧振、提高發電機組軸系安全的目的，這樣最大程度降低了電磁對軸振動的影響。

4.4 與電科院合作綜合研究軸振動原因

結合現場生產實際，國華錦界電廠與華北電科院合作，針對#1汽輪機進行了研究探討，最終得出結論：轉子在運行中出現了不平衡。2010年機組小修時經計算給轉子加平衡塊后，#1汽輪發電機的#2軸承振動也有了較好的改變。

5 處理效果

經過相關專業的共同努力，國華錦界電廠經過多管齊下的方法，對#1機組汽輪機軸振動進行了分析和治理。至目前為止，機組正常運行中，#1機組汽輪機#2軸振動穩定，且能達到良好水平，正常運行中沒有出現過報警的情況。

6 結束語

由于汽輪機本體系統的復雜性，國華錦界在處理#1機組汽輪機軸承振動大的過程中，采取多個原因綜合，多點同時突破的方法，取得了良好的效果。通過類似問題的分析解決，保證了國華錦界電廠汽輪機和發電機的安全穩定運行，同時作為一點運行調整和處理隱患經驗，供同類型運行機組參考。