汽輪機轉子振動分析

劉 海

（京能集團京玉發電有限責任公司，山西 右玉037200）

1 概況

某發電公司安裝的兩臺汽輪機組，均為北京汽輪電機有限責任公司采用阿爾斯通技術制造的330MW亞臨界、單軸、三缸雙排汽、一次中間再熱、沖動式、直接空冷凝汽式汽輪機組，型號是N330-17.75/540/540，采用中壓缸沖車、啟動方式，設有高壓缸倒暖系統，機組在沖車前及低速暖機狀態下，高壓缸及高壓轉子通過倒暖閥進行倒暖加溫。

高、中、低壓轉子及發電機轉子各由兩個軸承支持方式，每個軸承均有兩個軸振測點（X向、Y向）、兩個軸承振動測點（X向、Y向）。機組在啟動沖車升速過程中，轉速在2900rpm以下、一至六瓦任一瓦軸振達180um時，保護動作掉機；機組運行中，要求各軸振值在76um以下，若任一軸振值達130um，要人為手動打閘停機。機組實際運行中，主機一至六瓦軸振值均在55um以下。

2 機組出現軸振大異常現象

（1）機組整套啟動調試期間，在進行第一次超速試驗、調整危急保安器飛錘彈簧后，再次沖車進行試驗時，出現了一瓦軸振值隨主機轉速升高而增大的現象。在轉速達1550rpm時，一瓦X向軸振達181um、Y向軸振達167um，軸振保護動作掉機。在盤車4小時、偏心值達34 um后，再次進行沖車啟動，但在轉速升至1500rpm時，再次發生一瓦軸振大、保護動作停機異常。此后停運機組，對主機系統進行全面檢查。

（2）機組投產后僅兩個月，出現了一、二、三、四瓦軸振間斷性增大現象，四個瓦軸振趨勢相同，一瓦軸振最為突出，最大軸振變化幅度達60um，且隨著時間的持續，軸振變化的頻率逐漸頻繁，振動幅值越來越大。軸系振動特點及相關參數（見附件）：

①#1、#2、#3、#4 瓦軸振同步向高、向低幅值振動，#5、#6、#7、#8 瓦軸振值基本無變化。

②160MW～170MW負荷下，1X軸振峰值較高，最高達139um，負荷較高240MW以上時，峰值在100 um以下。

③在機組剛投產時，軸振每天僅一次，且幅值較小，2個月后，逐步出現振動增大的頻次增高，每2小時振動一次，且軸振幅值也有所增大，由原來的85um最高上升至139um。

3 汽輪機軸振大原因分析

3.1 針對第一種引起主機軸振大異常工況，進行了以下檢查（見圖1、圖2）

（1）盤車狀態下，軸系偏心為34um，盤車電流21A，均與正常方式下參數相同。

（2）在汽輪機惰走及盤車狀態下，對高壓、中壓汽缸內部及前軸承箱、二、三瓦軸承箱聽音檢查，未聽到異常聲音。

（3）在汽機高壓轉子、中壓轉子金屬溫度降至150℃停運盤車后，對一瓦前軸承箱內的零部件進行了檢查，未發現異常。

（4）在對調整后的飛錘又進行了細致地檢查，發現機頭固定危急遮斷器端部的一條螺絲脫出，與其前邊的支架產生間斷碰摩，導致軸向動靜部分摩擦，最終導致一瓦軸振值大幅變化。

（5）危急遮斷器端部的螺絲直徑為20mm，與其前部支架雖未形成連續、剛性碰摩，但對軸系的振動影響特別靈敏，特別是距其最近的一瓦軸振更加明顯。

3.2 針對第二種引起主機軸振大異常工況，進行了以下檢查

（1）二、三瓦油檔處，因潤滑油系統為微負壓狀態，油煙及空氣中的塵埃被吸至油檔處節流積存，由于二、三瓦油檔處距高、中壓缸本體很近，導致油檔處的溫度較高，在這種環境溫度高的情況下，油檔內吸入的油泥塵埃在高溫長時間的烘烤下，形成堅硬的“積碳”，當“積碳”量達到一定程度時，造成油檔與軸系間間隙消失（上油檔與大軸間間隙 0.20mm～0.25mm、下油檔與大軸間間隙 0.05mm～0.10mm、左右側油檔與大軸間間隙0.10mm～0.20mm），形成動靜部分間斷碰磨，反映出主機軸振不穩定振動（見圖3、圖4）。

圖1 汽輪機頭處固定危急遮斷器螺絲軸向動靜摩擦圖之一

圖2 汽輪機頭處固定危急遮斷器螺絲軸向動靜摩擦圖之二

圖3 汽輪機二、三瓦油檔處的積碳圖片之一

圖4 汽輪機二、三瓦油檔處的積碳圖片之二

表1 #2機組各瓦軸振工況記錄

表2 #2機組各瓦軸振工況記錄

表3 #2機組各瓦軸振工況記錄

北重阿爾斯通技術汽輪機組，高壓缸缸體距一瓦油檔100mm，高壓缸缸體距二瓦油檔80mm、中壓缸缸體距三瓦油檔80mm，較其他類型機組的間距都小（哈爾濱汽輪機組間距基本在150mm左右，上海汽輪機組間距基本在200mm左右），這樣導致各瓦油檔處溫度偏高，特別是汽封如有漏汽現象時，這些間隙處的溫度會更高。在室外環境溫度25℃、汽機本體化妝板內溫度38℃、滿負荷工況時，高壓軸封供汽溫度327℃、低壓軸封供汽溫度125℃，高壓缸缸體與一瓦油檔間溫度達62℃，高壓缸缸體與二瓦油檔間溫度達108℃、中壓缸缸體與三瓦油檔間溫度達105℃，中壓缸缸體與四瓦后油檔間溫度達98℃。

檢修期間對油擋內的“積碳”進行了清理，機組并網后，已運行三個月至現在還未出現軸振波動異常。

4 采取的措施

（1）經檢查固定危急遮斷器端部的螺絲由于原緊力不足產生松動而脫出，此后將該螺絲取出，重新配置了新螺絲及足夠的緊力，并設置了止銷防止其退出。

在采取上述措施后，機組再次沖車啟動，一瓦軸振值在50 um以下，未再出現波動或超限異常。由此可見，汽輪機組除了通常所見的由于徑向摩擦造成軸振較大外，在實際運行過程中，軸向間的動靜摩擦也會使軸振增大。

（2）由于“積碳”原因導致主機軸振大采取的措施

①根據本機組油檔與汽缸間距窄的特點，在油檔與汽缸間加設隔熱層，使汽缸產生的熱量盡可能少的輻射到油檔上，這樣使油檔上的溫度不至于長期處于較高的溫度。

②在滿足潤滑油系統回油暢通、油煙能順利排出的情況下，盡量降低潤滑油箱內的負壓值，這樣就可減少油檔處吸入、積存的油漬量。

③機組每運行半年或停運時間超過15天時，要有計劃定期地對這些油檔中的“積碳”進行檢查清理。

④對汽封系統壓力調整門及自動回路進行調整，減少汽封漏汽量。

⑤在機組進行A、B修揭缸檢查時，要對汽封齒作全面檢查、處理，減少汽封漏汽量。