350MW機組1#瓦振動原因分析及處理

徐乃華，閆 鏘，張天勝，傅行軍

（1.東南大學火電機組振動國家工程研究中心，江蘇 南京 210096；2.陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

一、350MW汽輪機簡介

某發電廠汽輪機為德國西門子公司生產的K30-40-16，N30-2×10型亞臨界、反動式、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機，機組額定負荷為350MW。機組高中壓缸為雙層缸結構，采用合缸布置，水平中分式上下缸都為整體鑄件。低壓缸為雙分流設計，也為雙層缸。汽輪機采用兩轉子三支撐結構，高中壓轉子和低壓轉子都采用合金鋼整鍛轉子，轉子之間均采用剛性法蘭式聯軸器聯接。高中壓轉子由16個50%反動度的反動級組成，中壓轉子由13個50%反動度的反動級組成，低壓轉子葉片為2×6個帶50%反動度的反動級，為了避免沖擊損失，低壓最后三級設計成長扭葉片，末級葉片長976.6mm。為了平衡軸向推力，本機除了采用對稱布置外，還設有平衡盤，余下的由組合式支持推力軸承平衡。本機組共有六個軸承，1#軸承為組合式支持推力軸承，其他為橢圓形軸承，各軸承均是單側供油軸承。汽輪機的三個軸承座均為落地式軸承座，與基礎通過地腳螺栓直接固定。軸系支撐方式見圖1。

圖1 350MW汽輪機軸系圖

1.1 #瓦振動的產生和發展

汽輪機投產初期，各軸承振動及其他參數運行狀況良好，相關數據見表1。

2004年3月，機組檢查性大修后1#瓦相對軸振開始緩慢增大，且隨機組負荷化而波動，從總體變化趨勢看負荷升高時，振動略有減小，但沒有嚴密的對應關系，機組啟停過臨界轉速時相對軸振值也在不斷增大。正常運行中軸振值最大達180μm，停機過臨界達280μm。相關數據見表2。

表1 汽輪機投產初期振動情況

表2 汽輪機最大軸振數據

2.機組主要檢修情況

汽輪機振動產生的機理和表現形式較復雜，針對可能引起機組振動的原因，利用停機機會也做過相關檢查處理，發現的問題及主要處理方案有：（1）兩支撐可傾瓦有輕微磨損，修刮處理。（2）1#瓦球面部分與瓦枕接觸不均，自定位性不好，瓦揚度與軸頸揚度偏差較大，瓦后揚，軸頸前揚，軸瓦內下油擋磨損。后對瓦球面接觸部分進行研刮處理，調整軸瓦各插板壓板間隙使符合制造廠標準。（3）調整高中壓缸與轉子中心，使其符合制造廠標準，消除可能由于汽隙不均引起的蒸汽激振。（4）對軸系重新找正，調整中低對輪張口為下張口0.025mm。消除軸系對中不良引起的振動。（5）在1#瓦下面適當加墊調整增加1#瓦載荷，消除輕載可能引起的轉子穩定性下降造成轉子振動。（6）查軸頸對輪晃度都在0.02mm以內，排除晃度大引起的振動。每次檢修后機組振動值略有好轉，但效果不明顯，隨著運行時間延長，振動值又開始爬升。

二、機組振動測試結果

由于1#瓦軸振過大，影響機組安全運行，機組被迫停機，2010年3月21日嘗試開機，開機過程中，重點監測了1#、2#、3#瓦的振動情況，表3為升速過程的振動數據，圖2是機組1#瓦升速過程的波特圖。

表3 機組升速過程1#瓦振動數據

圖2 機組升速過程1瓦的波特圖

從數據和波德圖中可以發現，機組1#瓦X方向軸振明顯過大，且振動成分以1倍頻為主。

三、振動故障分析及處理方案

1.振動分析

根據現場測得的振動數據可知1#瓦軸振90%是1倍頻成分，從以往檢修后的情況可以排除以下故障：（1）軸瓦的穩定性問題。（2）軸頸、對輪晃度大的問題。

經檢測分析認為2號機存在不平衡振動故障，不平衡故障的來源為高中壓轉子或中低靠背輪，可能的原因有兩方面，一是高中壓轉子（特別是中壓段）可能存在彎曲或者套裝部件松動現象；二是中低靠背輪存在不同心、瓢偏或者滑移等連接缺陷。

2.故障處理方法

以前對1#瓦振動問題進行過動平衡處理，在1#、2#瓦兩側平衡槽反對稱加配重600g，但平衡效果不明顯，1#瓦軸振仍很大。此次分析了以往處理方案及其效果，結合現場振動數據，進行第一次試加重，將1#瓦側平衡槽原有配重全部去掉后加重619.5g∠330°，然后啟機1#瓦振動改善不明顯，第二次在2#瓦側加重1 147g∠270°，再次啟機沖轉，1#瓦軸振過臨界時降低到249μm∠88°，3 000r/min時降到127μm∠130°，振動雖仍不滿意，根據加重前后振動的相位沒有變化，幅值減小，可以明確加重方向是準確的，考慮到1、2側平衡槽加重半徑較小，導致影響系數偏小，最后決定在缸內靠近中壓轉子末級葉輪的平衡槽內加重600g∠270°。2010年5月30日啟機沖轉，過臨界時1#瓦軸振降到100μm以內，此次加重取得了很好的效果。機組升、降速過程中各軸承的振動特性曲線如圖3所示。

圖3 處理后起機過程1瓦的波特圖

機組啟機的升、降速過程以及帶負荷過程中，各瓦振動良好穩定，具體數據見表4。

表4 最后啟機過程最大軸振 μm

四、結論

該汽輪機1#瓦軸振偏大的振動故障來源于高中壓轉子的不平衡，通過兩次加重后發現1、2側的平衡槽由于直徑只有600mm，使得影響系數偏小，同時考慮到不平衡位置對轉子不平衡響應的影響，高中壓轉子存在較大的不平衡，導致平衡效果較差。最后在缸內靠中壓末級葉輪側平衡槽加重，平衡槽直徑為1 140mm，加重600g后振動取得良好的效果。因此，現場動平衡要達到滿意的效果，首先要明確不平衡位置，然后決定加重位置，其次是采用合理的動平衡方法。

[1]楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]施維新，石靜波.汽輪發電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，2008.