超高壓200 MW機(jī)組振動(dòng)原因分析及處理

呼志廣，鄧明川，呼哲勇

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內(nèi)蒙古 達(dá)旗 014300；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

超高壓200 MW機(jī)組振動(dòng)原因分析及處理

呼志廣1，鄧明川2，呼哲勇3

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內(nèi)蒙古 達(dá)旗 014300；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

針對(duì)某能源公司1號(hào)機(jī)組2號(hào)軸振在啟動(dòng)升速過(guò)程中振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題，分析了引起振動(dòng)超標(biāo)跳機(jī)的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子彎曲度大產(chǎn)生較大的不平衡，提出了動(dòng)平衡處理方案，實(shí)施后機(jī)組能夠順利啟動(dòng)，取得了良好效果。

超高壓；汽輪發(fā)電機(jī)組；軸振；轉(zhuǎn)子；不平衡；摩擦

0 引言

神華億利能源公司1號(hào)機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)超高壓、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙分流、雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組型號(hào)為NZK200-12.75/535/535。本機(jī)組轉(zhuǎn)子分為高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子兩部分，且均為無(wú)中心孔整鍛結(jié)構(gòu)，高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子采用剛性靠背輪連接，整個(gè)汽輪機(jī)為四支點(diǎn)支承，即高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子分別由兩個(gè)軸承支撐。軸承均為橢圓瓦落地支持軸承。高壓缸、低壓缸采用內(nèi)外雙層缸結(jié)構(gòu)。軸系臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值：高中壓轉(zhuǎn)子1 469 r/min，低壓轉(zhuǎn)子1 589 r/min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子1 397 r/min。該機(jī)組在2010年進(jìn)行了首次檢查性A級(jí)檢修，A級(jí)檢修后機(jī)組啟動(dòng)升速過(guò)程中發(fā)生了二瓦軸振大無(wú)法定速的問(wèn)題。

1 1號(hào)汽輪機(jī)A級(jí)檢修情況

1號(hào)機(jī)組2008年4月26日投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，2010年4月17日進(jìn)行首次檢查性A級(jí)檢修。這次檢修針對(duì)高中壓缸效率低的問(wèn)題，對(duì)汽輪機(jī)高中、低壓通流部分葉頂汽封齒進(jìn)行更換，并將葉頂汽封間隙調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)下限值。為了減小端部汽封漏汽，對(duì)高中壓缸、低壓缸端部汽封進(jìn)行了改造，將高中壓缸、低壓缸端部最外兩道汽封由梳齒型汽封改為接觸式蜂窩汽封。隔板汽封和軸封間隙均按標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行了調(diào)整。這次檢修測(cè)量高中壓轉(zhuǎn)子最大彎曲值57μm，彎曲部位在高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)橋汽封處，彎曲值超過(guò)了制造廠標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)征求制造廠意見(jiàn)，這次檢修對(duì)轉(zhuǎn)子彎曲沒(méi)有進(jìn)行處理。

2 故障情況

1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修結(jié)束后于5月30日2時(shí)30分開(kāi)始沖車(chē)，沖車(chē)前轉(zhuǎn)子偏心值為26 μm，在升速過(guò)臨界時(shí)2瓦X向軸振最大，最大值為200 μm，機(jī)組于6時(shí)03分定速，機(jī)組定速后，2瓦X向軸振127 μm，5瓦X向軸振114 μm，其他各瓦振動(dòng)正常。之后機(jī)組做超速試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)2號(hào)撞擊子在轉(zhuǎn)速3 360 r/min時(shí)沒(méi)有脫出，故機(jī)組于5月30日22時(shí)50分打閘停機(jī)手動(dòng)盤(pán)車(chē)處理2號(hào)撞擊子問(wèn)題，時(shí)間為40 min。然后電動(dòng)盤(pán)車(chē)4.5 h，轉(zhuǎn)子偏心值30 μm，機(jī)組再次啟動(dòng)沖車(chē)，轉(zhuǎn)速達(dá)1 200 r/min時(shí)，2瓦X向軸振最大至252 μm，汽機(jī)跳閘，鍋爐壓火，投入電動(dòng)盤(pán)車(chē)，此時(shí)轉(zhuǎn)子最大偏心值達(dá)98 μm。之后于5月31日12時(shí)25分繼續(xù)沖車(chē)，沖車(chē)前轉(zhuǎn)子偏心值31 μm，轉(zhuǎn)速達(dá)700 r/min時(shí)，2瓦X向軸振增大至213 μm,手動(dòng)打閘。鍋爐壓火，電動(dòng)盤(pán)車(chē)。6月1日22時(shí)50分機(jī)組第4次啟動(dòng)沖車(chē)，轉(zhuǎn)速達(dá)1 060 r/min時(shí)，2瓦X向軸振最大至202μm手動(dòng)打閘，電動(dòng)盤(pán)車(chē)。6月2日0時(shí)52分機(jī)組進(jìn)行第5次啟動(dòng)，同樣由于2瓦X向軸振大沒(méi)有成功。

3 故障特點(diǎn)

機(jī)組A修后，第一次冷態(tài)啟動(dòng)，考慮到汽封改造工作量大，啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了汽封磨檢，啟動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，過(guò)臨界時(shí)各瓦的軸振均在跳機(jī)保護(hù)值以下。而以后四次熱態(tài)啟動(dòng)均由于2X軸振大而過(guò)不了一階臨界轉(zhuǎn)速。下面看一下兩次熱態(tài)啟動(dòng)波德圖。

3.1 6月1日啟動(dòng)振動(dòng)情況

2010年6月1日，缸溫260℃，偏心為33 μm，主汽壓力約2.0 MPa，溫度340℃，22時(shí)50分1號(hào)機(jī)組掛閘沖車(chē)，500 r/min以下升速率為150 r/min，500 r/min以上升速率為300 r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1 060 r/min時(shí)，2X軸振達(dá)到202 μm，打閘停機(jī)。啟盤(pán)車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子偏心值為76μm，約1 h后轉(zhuǎn)子偏心36 μm。6月1日啟動(dòng)2X波德圖見(jiàn)圖1。

圖1 2010年6月1日汽輪機(jī)啟動(dòng)振動(dòng)情況

3.2 6月2日啟動(dòng)振動(dòng)情況

2010年6月2日，0時(shí)52分1號(hào)機(jī)組再次掛閘沖車(chē)。沖車(chē)參數(shù)：缸溫255℃，偏心為35 μm，主汽壓力約2.3 MPa，溫度370℃。500 r/min以下升速速率為150 r/min，500 r/min以上升速速率為100 r/min，轉(zhuǎn)速升至800 r/min后觀察，2X振動(dòng)從120 μm緩慢增大到200 μm，后打閘停機(jī)。啟動(dòng)盤(pán)車(chē)后偏心值最大為199 μm。6月2日啟動(dòng)2X波德圖見(jiàn)圖2。

圖2 2010年6月2日啟動(dòng)2X波德圖

4 故障原因初步分析

A級(jí)檢修時(shí)測(cè)量，高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)橋汽封處彎曲值57 μm，制造廠規(guī)定不超30 μm，說(shuō)明高中壓轉(zhuǎn)子過(guò)橋汽封處發(fā)生了永久彎曲。引起高中壓轉(zhuǎn)子彎軸的原因可能有以下幾種。

4.1 材質(zhì)問(wèn)題

從經(jīng)驗(yàn)中的發(fā)生彎軸的機(jī)組看，大多數(shù)是投產(chǎn)不到一年的機(jī)組。其特點(diǎn)是運(yùn)行過(guò)程中高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)越來(lái)越高，直至無(wú)法通過(guò)。

如果轉(zhuǎn)子的材質(zhì)存在問(wèn)題，有可能導(dǎo)致這樣的情況發(fā)生。按照常規(guī)，在制造階段，轉(zhuǎn)子的毛坯應(yīng)該在露天放置兩年后才能進(jìn)行加工，其目的是消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力。但近幾年由于新機(jī)組投產(chǎn)量大，工期緊張。有的制造廠的毛坯不經(jīng)放置就直接加工。使出廠的轉(zhuǎn)子存在內(nèi)應(yīng)力。投入運(yùn)行后在高溫條件下應(yīng)力釋放，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲。

另外轉(zhuǎn)子加工過(guò)程在截面突變的部位也可能產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。

4.2 瞬態(tài)沖擊

跳機(jī)事故會(huì)對(duì)在軸系產(chǎn)生很大的瞬態(tài)沖擊轉(zhuǎn)矩，由于彎扭（彎曲-扭矩）的偶合響應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊彎矩，彎曲應(yīng)力超過(guò)一定程度就可能使轉(zhuǎn)子彎曲。

有一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行中因鍋爐事故跳機(jī)，高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)為150 μm，而跳機(jī)增加到300 μm。

4.3 動(dòng)靜摩擦

高中壓轉(zhuǎn)子的跨中有約1 m長(zhǎng)的過(guò)橋汽封。這個(gè)部位轉(zhuǎn)子的橈度較大，容易發(fā)生動(dòng)靜摩擦。動(dòng)靜摩擦?xí)菇佑|部位溫度升高產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力超過(guò)屈服極限時(shí)轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲[1]。

彎軸的處理方法是直軸，按照經(jīng)驗(yàn)，若轉(zhuǎn)子彎曲值小于60 μm，也可以不進(jìn)行直軸，但為了防止機(jī)組振動(dòng)必須用動(dòng)平衡方法進(jìn)行校核，電廠在A級(jí)檢修時(shí)未對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子做任何處理。

機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)高中壓轉(zhuǎn)子在永久彎曲的基礎(chǔ)上又疊加了臨時(shí)熱彎曲。臨時(shí)性彎曲產(chǎn)生的原因包括以下幾種。

a）高中壓轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)徑比比較大，即轉(zhuǎn)子的柔度較大。而高中壓缸的蒸汽參數(shù)較高，轉(zhuǎn)子的工作條件比較惡劣，容易發(fā)生熱彎曲；啟動(dòng)前連續(xù)盤(pán)車(chē)時(shí)間不夠長(zhǎng)，停機(jī)期間的熱彎曲沒(méi)有完全恢復(fù)。

b）熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)高壓上下缸溫差不好控制，溫差在23～30℃之間，引起局部動(dòng)靜間隙減小，啟動(dòng)過(guò)程發(fā)生動(dòng)靜摩擦，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了臨時(shí)性彎曲。

汽封間隙調(diào)整沒(méi)有考慮彎軸的影響，按標(biāo)準(zhǔn)的下限值進(jìn)行了調(diào)整。

機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子沒(méi)有恢復(fù)到原始狀態(tài)，加之汽封間隙調(diào)整得又偏小，啟動(dòng)過(guò)程中上下缸溫差又大，沖車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜摩擦，轉(zhuǎn)子振動(dòng)大過(guò)不了一階臨界轉(zhuǎn)速[2]。

5 處理措施及結(jié)果

a）將機(jī)組冷卻至汽缸溫度小于50℃，讓轉(zhuǎn)子恢復(fù)到原始狀態(tài)。啟動(dòng)時(shí)采取投夾層加熱措施將高中壓缸上下缸溫差控制在20℃以內(nèi)。

1號(hào)機(jī)組冷卻至冷態(tài)后，2010年6月13日19時(shí)成功定速3 000 r/min，各軸承軸振數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 1號(hào)機(jī)組定速3 000 r/min時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)表

b）如果機(jī)組故障或調(diào)停，機(jī)組在熱態(tài)情況下就無(wú)法啟動(dòng)，必須等機(jī)組冷態(tài)后再啟動(dòng)，這顯然是不行的。為了使機(jī)組在熱態(tài)情況下也能夠順利啟動(dòng)，2010年12月份1號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修中，采用高中壓轉(zhuǎn)子平衡的辦法降低轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)振動(dòng)幅值。在中壓末級(jí)葉輪燕尾槽內(nèi)加配重，重量為1 000 g，位置為鍵相器后邊緣反轉(zhuǎn)向270°。加重位置見(jiàn)圖3。

圖3 加重位置圖

檢修人員從導(dǎo)管口進(jìn)入汽缸內(nèi)加重。通過(guò)平衡，機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)臨界時(shí)2X向振動(dòng)在150 μm左右，取得了很好的效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

億利能源公司1號(hào)機(jī)組，由于高中壓轉(zhuǎn)子原始彎曲度大，A級(jí)檢修時(shí)汽封間隙按標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行了調(diào)整，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)高中壓缸上下缸溫差又大，動(dòng)靜間隙減小，機(jī)組發(fā)生了動(dòng)靜摩擦，2X向軸振大跳機(jī)，機(jī)組升速過(guò)不了一階臨界轉(zhuǎn)速。最后通過(guò)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡降低轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)振動(dòng)值而得以解決。

［1］ 寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)平衡［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007：55-60.

［2］ 施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998：171-178.

Causal Analysis and Treatment of the Vibration of 200 MW Super-high Pressure Turboset

HU Zhi-guang1，DENG Ming-chuan2，HU Zhe-yong3
（1.Shenhua Shendong Power Company，Shenmu，Shaanxi 719300，China；
2.Shenhua Yili Energy Corporation，Daqi，Inner Mongolia 014300，China；
3.Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin，Liaoning 123000，China）

Serious vibration occurred on No.2 axle of No1.unit in Shenhua Yili Energy Corporation during the unit’s speedup process,which led to the failure of the unit’s start-up.In this paper,the reasons for the malfunction were analyzed,and the result showed that the vibration was brought about by unbalance caused by excessive rotor bending.It put forward the treatment of dynamic balance,the implementation of which could render the unit to start up successfully.

ultra-high voltage；turboset；axle vibration；rotor；unbalance；rubbing

TM311

B

1671-0320（2011）04-0057-0004

2011-04-11，

2011-05-23

呼志廣(1964-)，男，山西天鎮(zhèn)人，2000年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能工程專業(yè)，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠汽輪機(jī)技術(shù)管理工作；

鄧明川（1973-），男，遼寧撫順人，1995年畢業(yè)于沈陽(yáng)電校熱動(dòng)專業(yè)，助理工程師，從事發(fā)電廠汽輪機(jī)技術(shù)管理工作；

呼哲勇（1990-），男，山西天鎮(zhèn)人，遼寧工程技術(shù)大學(xué)2009級(jí)機(jī)械電子工程專業(yè)在讀。