影響600MW亞臨界汽輪機組振動異常波動的幾點因素及處理

郭煒

摘 要：某火力發電廠600MW亞臨界汽輪機組#2、#3軸瓦“X”向軸振持續呈不定期波動現象，波動峰值最大達到182um，其他各瓦振動值也隨之擺動，嚴重影響機組運行安全。運行中采取改變高壓調節閥閥序，改變軸承負載，達到降低軸承振動，穩定機組運行的目的。停機檢修后發現可傾瓦支持銷銷孔磨損，彈簧斷裂，更換備件并調整軸瓦間隙后機組振動恢復正常。

關鍵詞：汽輪機；高調閥閥序；可傾瓦；振動

前言

某電廠#7機組、#8機組為哈爾濱汽輪機有限公司生產的2×600MW亞臨界，一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、間接空冷凝汽式機組，型號為NJK600-16.7/538/538。#8機組于2007年7月投產發電，2008年9月至11月完成第一次檢查性大修（A級檢修）。2012年4月至10月間，#8機組在運行過程中發現#2軸瓦、#3軸瓦X向軸振呈間歇性、無規律波動，且振幅逐漸增大，2X向軸振最大值達182um。通過采取調整高調閥閥序，停機更換可傾瓦瓦塊、彈簧，調整瓦頂間隙、軸瓦緊力等措施，有效降低了機組振動。

1 設備簡介

#8機組軸系由高中壓轉子（HIP）、低壓#1轉子（LP1）、低壓#2轉子（LP2）、發電機轉子（GEN）和勵磁小軸（EXT）組成。機組軸系簡圖如圖1所示。

其中#1～#6軸瓦均采用四瓦可傾式軸承，上部兩個瓦塊弧形背面有銷孔，與瓦架銷孔間有彈簧及支持銷定位。下部兩個瓦塊均有頂軸油孔及雙菱形油槽，潤滑油從底部供油槽供油，在軸瓦于軸之間形成油膜，從軸承兩側排出。在油膜的壓力作用下，每個瓦塊在支持點上可以單獨自動調整位置，以適應轉速、軸承負荷和油溫的變化。發電機#7瓦、#8瓦及勵磁小軸#9軸瓦采用圓筒型軸承、單側進油、為上瓦開槽式結構。

鍋爐過熱蒸汽從高溫過熱器通過主蒸汽管道送入汽機房，經過汽輪機2個高壓主汽門后進入4個共腔室的高壓調汽門，后通過四根高導管從高壓缸上缸、下缸分別進入缸內做功。高調門閥序配置如圖2所示。

高調閥對應的調節級數噴嘴數量為#1-29、#2-23、#3-29、#4-35。#1～#6軸承可傾瓦軸振測點、瓦溫測點位置如圖3所示。

該機組啟動沖轉時高調閥配汽方式采用單閥進汽，即#1、#2、#3、#4高調閥同時開啟，節流調節進氣量。負荷升至350MW后單閥進汽切換為順閥調節，500MW時#1、#2、#3高調閥開度約為65%，#4高調閥開度約為4%。在高負荷時，開啟#4高調閥以增加進汽量。

#8機組裝備了本特利3500振動監測系統（TSI），振動故障出現后現場監控測試采用在TSI緩沖輸出端接入本特利208振動數據采集儀的方法。同時結合了現場振動在線監測系統（TDM）相關數據，依據機組各軸瓦振動歷次增大的趨勢過程，重點對#1、#2、#3、#4瓦軸振進行了監測分析。

2011年11月17日，#8機停機列備，停機前#8機各瓦各項振動數據均處于正常值。2012年2月4日，機組啟動過程中#2瓦X向軸振最大值為103.296um（負荷369MW時），升負荷至520MW后振動下降至80-90um之間平穩運行。

2 存在問題及分析

2.1 故障前期的表現及分析處理

2012年4月至7月為機組振動故障的發生、發展期。這一階段設備劣化傾向明顯，尤其是以#2瓦、#3瓦X向軸振的頻繁并逐漸增大的波動為表現。

2012年4月底至5月初，#2瓦X向軸振幅值開始在90-110um之間波動。5月9日，#8機負荷持續穩定在550MW附近，#2瓦X向軸振值增長至130.783um，首次超過W報警值（125um）。現場檢查，#3軸瓦處有輕微的異音，頻率間隔在1秒左右。#2軸瓦處無明顯異音。

5月至7月，#8機組#2軸瓦、#3軸瓦X向軸振多次波動，峰值在120～140um之間，波動時間在1小時左右。7月初以后，現場觀測發現#3瓦“咔噠”異音明顯增大，頻率較之前加快。同時#2瓦處也能聽到細小的異音。機組其他軸承軸振、瓦振也隨之波動，但波動峰值均小于#2瓦、#3瓦。

7月10日TDM系統記錄的#2、#3瓦軸振動歷史曲線如下圖：

依照各項數據分析，現場測試數據與在線振動系統（TDM）數據基本一致，且軸振動異常變化時瓦振動有相同的變化趨勢，因此振動異常應是機組運行情況的真實反映。振動異常波動過程中各軸承振動數據均以工頻為主，屬普通強迫振動，同時#1、#2、#3、#4瓦均呈現相同的變化趨勢，且峰值逐漸增大，因此波動持續的時間也明顯變長。比較#1、#2、#3、#4瓦振動增大過程及前后的振動數據，可以看出振動幅值#3、#4瓦變化較小，在25um以內，相位變化也小于15°；而#2瓦幅值變化有時從正常的90um左右最大增至185um，之后有降到90um左右，相位變化小于20°。

在機組運行中監測到#3瓦處異音，初步原因判斷是上部左側可傾瓦塊的柱狀銷（從機頭看）與瓦塊的銷孔碾大造成及背部彈簧等發生磨損等故障，同時不排除油擋松動的可能。（在2012年10月份#8機組停機翻瓦檢修時，均證實以上推斷。）#2瓦幅值的大幅變化由#3瓦傳導影響的可能性較大，但#2瓦自身也存在相同故障的可能。各瓦振動異常時以工頻為主，且幅值、相位均有波動，振動恢復過程明顯長于振動上升過程，因此也不能排除存在轉軸碰磨因素，需在運行中加強對軸封供汽溫度及相關參數的監控。同時，機組發生汽流激振可能性較大，目前的順閥調節進氣方式可能是導致振動故障加劇的原因之一，通過改變閥序，調整主蒸汽，熱再蒸汽入機參數，應能夠改善機組振動，維持機組可靠運行。

7月13日16：45，#8機組降負荷至445MW，將順閥配汽方式（#1、#2、#3高調閥進汽、#4高調閥調節）改為單閥配汽方式（#1～#4高調閥以相同開度進氣）。#1，#2，#3，#4號閥門開度均為50%，后又升負荷為555MW。13日至16日，#8號機組的各瓦振動一直處于穩定的狀態，其中#1瓦振動很小，在20um以下，#2，#3，#4瓦的X方向軸振一直處于90um左右，Y方向的振動在70um左右變動，各瓦的相位基本不變。

2012-7-15 11：00 555MW負荷時各軸承振動值：

2.2 故障后期的表現及處理

7月中旬至9月底，#8機組各瓦振動均較為平穩，波動幅度較小。進入10月份后，#2瓦、#3瓦振動幅度呈加劇增大趨勢，#3瓦就地異音明顯，呈現清晰且高頻的“咔噠”聲。10月15日晚#2瓦X向峰值達到182.287um，#3瓦X向峰值達140um。依據相關趨勢圖及頻譜圖分析，#2瓦、#3瓦振動仍以工頻為主，判斷設備劣化趨勢加劇，為保證機組設備安全，10月18日#8機組停機，#1～#6瓦翻瓦檢修，至10月31日檢修工作結束。修后機組啟動過程中各瓦振動無擺動，350MW負荷平穩后，各瓦各項振動均在合格值范圍內。

2.3 檢修主要發現的問題及修復

2.3.1 #2、#3、#4、#5軸瓦上瓦架銷孔磨損， #2、#3左右側均有磨損，#4、#5左側銷孔磨損。通過在原位置擴孔，加入襯套的方法修復。

2.3.2 #2瓦、#3瓦上瓦塊、#5瓦右側上瓦塊銷孔均磨損成橢圓狀，均更換新瓦塊。

2.3.3 #1瓦、#3瓦、#4瓦勵端擋油環存在緊固螺栓脫落，頂部定位銷斷裂，烏金面磨損等情況，均加以修復或更換。

2.3.4 #3瓦上瓦右側兩根彈簧均斷裂，#1瓦至#6瓦均更換新彈簧。

2.3.5 #2瓦下瓦瓦枕左右加鋼墊5絲，正下方加鋼墊5絲。

2.3.6 #1-#6軸瓦間隙檢修記錄（見表3）。

2.4 調整閥序試驗

11月1日下午兩點半#8機高調閥單順閥切換，由單閥配汽改為#2、#3、#4高調閥進汽、#1高調閥調節。切換順閥后，#4瓦X向軸振上升至105um左右，#2瓦、#3瓦振動平穩，均無波動情況。

3 結束語

3.1 機組閥序配汽方式對軸瓦振動的影響較大，均衡進汽可使機組振動情況明顯改善。參考配汽機構導葉數量差異，在閥序為#1、#2、#3高調閥進汽，#4調節的方式下，相對于#2、#3噴嘴組而言，#1、#4噴嘴組受力不均衡，使轉子產生向上的氣流力。各軸瓦位于左上位置（機頭向機尾看）的瓦塊會承受更大的作用力，易導致該位置瓦塊烏金面的磨損，同時在運行過程中加劇了沿轉子轉動方向產生對瓦座、瓦塊支持銷銷孔的磨損。當銷孔發生磨損后，會影響瓦塊及油膜的穩定性。而瓦塊的不穩易導致背部彈簧因碾壓位移發生斷裂。

3.2 查閱相關資料，同類型多臺機組曾多次發生可傾瓦上瓦塊背后銷孔磨損及彈簧損壞導致軸瓦異常情況，瓦塊材質硬度可能偏低，應利用機組中修對瓦塊彈簧及銷孔定期進行重點檢查。

3.3 依據以往的檢修記錄及經驗，軸瓦兩側的浮動油擋是設備劣化的短板。油擋中分面螺栓松動，烏金面磨損脫胎，頂部定位銷斷裂脫落，上半油擋整體斷裂的故障屢有發生。在做好設備質量檢驗的同時，利用機組小修、中修的機會對軸瓦油擋做定期的專項檢查，可以做到事故預防，避免故障停機。

3.4 汽流激振也是影響機組振動的重要因素，產生汽流激振的主要原因有蒸汽力、通流部分間隙以及軸承載荷等方面。優化配汽閥序，可減小其影響。可嘗試先同時開啟#1、#4高調閥，再開啟#3調閥，最后開啟#2調閥；或者為先同時開啟#2、#3調閥，再開啟#4調閥，最后開啟#1調閥。但因程序設定原因，未能在#8機組運行過程中得以實施。

3.5 檢修時需嚴格控制軸瓦間隙數值的調整，軸瓦緊力及瓦頂間隙應控制在設計值以內，并應盡量向下限調整。同時應對軸系中心進行復查，特別是中低對輪中心的各參數，可使軸系載荷分布合理，各瓦瓦溫正常。機組運行中應對軸承箱中分面螺栓做定期檢查，防止因局部位置螺栓松動導致軸瓦緊力變化，影響機組振動。

3.6 機組啟動后#4瓦X向軸振值相對于#2瓦、#3瓦偏大，Y向軸振值相對較小，且#4軸瓦、#5軸瓦一倍頻振動相位相差僅20°左右，可考慮在下次停機時采取低低對輪處加配重塊的方法改善機組振動。

參考文獻

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