新投產汽輪機過臨界振動增大原因分析及處理

郭寶仁，高 峰，董忠海，王燕東

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大連發電有限責任公司，遼寧 大連 116035；3.國電康平發電有限公司，遼寧 沈陽 110500；4.白音華金山發電有限公司，內蒙古 錫林郭勒 026200）

新投產汽輪機過臨界振動增大原因分析及處理

郭寶仁1，高 峰2，董忠海3，王燕東4

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大連發電有限責任公司，遼寧 大連 116035；3.國電康平發電有限公司，遼寧 沈陽 110500；4.白音華金山發電有限公司，內蒙古 錫林郭勒 026200）

針對新投產的5臺600 MW和1臺300 MW機組，在運行1年后，發現停機時高中壓轉子過臨界軸的相對振動較啟動時明顯增大，且隨著運行時間延長，軸振不斷增大，啟停機時甚至超過跳機值，文中敘述了轉子振動情況，對其原因進行分析，并采取了消振措施，最后通過實例說明轉子動平衡試驗過程。

高中壓轉子；過臨界振動；動平衡試驗；返廠車削

近年來，多臺300 MW和600 MW等級汽輪機均出現了高中壓轉子過臨界振動大的問題，主要為新投產的亞臨界和超臨界高中壓合缸汽輪機。機組運行一段時間后，停機時高中壓轉子過臨界軸相對振動較啟動時明顯增大，隨著運行時間的延長，軸振不斷增大，啟停機時甚至超過跳機值，危害機組安全、經濟運行［1－3］。

1 振動情況

1.1 振動特點

隨著運行時間的延長，高中壓轉子臨界轉速下的振動值增大，工作轉速下的振動值也有增大的趨勢，振動值的增大是逐步的，沒有出現運行中振動突變的情況，但停機時過臨界振動較啟動時明顯增大。機組帶負荷運行時，隨著負荷和其它運行參數的變化有一定幅度波動，但總體比較平穩，在臨界轉速下出現明顯的共振響應，表現為典型的普通強迫振動。高中壓轉子經過現場動平衡試驗后，啟機時能夠順利通過臨界轉速，但至下一次停機時過臨界振動值又明顯增大。

這是因為，停機時高中壓轉子偏心值較大，經過長時間盤車后，轉子偏心值有所減小，多數機組不能夠回到原始狀態。

1.2 發展趨勢

機組投產時，高中壓轉子在過臨界及工作轉速時軸振動處于良好狀態，隨著機組運行時間的延長，高中壓轉子過臨界振動增大。經過1年的運行，有5臺機組1Y方向軸振高于254 μm（跳機值），有4臺機組2X方向軸振高于200 μm。經現場動平衡試驗后，又運行近1年后，有3臺機組軸振增大過快，且1Y方向軸振已達到254 μm，有3臺機組軸振增大緩慢，具體數據見表1。

表1 高中壓轉子過臨界振動情況

2 原因分析

a.轉子存在一階質量不平衡。由于轉子在加工制造或檢修過程中更換的轉動部件存在原始質量不平衡，導致轉子對機組一階振動響應敏感［4］。

b.轉子材質存在缺陷。轉子材質不均勻，即受熱后膨脹不均勻，導致轉子熱彎曲。

c.存在動靜摩擦。機組運行過程中，轉子與汽缸等靜止部件易發生摩擦，使接觸處溫度升高，轉子徑向存在溫差，發生熱彎曲。

d.汽缸上下溫差較大。機組在啟停過程中，由于汽缸上下溫差大，易發生向上拱起或向下撓曲的變形，使前后端軸封和隔板汽封的徑向間隙減小甚至消失，導致轉子熱彎曲。

e.轉子與水（汽）接觸。在停機時，凝汽器、高壓加熱器、除氧器等水位偏高，此時抽汽逆止門不嚴，水或汽進入汽輪機，會使轉子局部冷卻，產生徑向偏差，發生熱彎曲。

3 處理方法

3.1 采取現場高速動平衡試驗方法進行消振

利用停機機會，降速時測量高中壓轉子過臨界振動值，采用模態平衡法和影響系數法計算配重量，對表1中的6臺機組在高壓轉子端面、高中壓轉子中間面及中壓轉子端面同時配重，啟停機時振動效果明顯改善。6臺機組中，有5臺機組只進行了1次動平衡試驗，有1臺機組由于振動過快，進行了3次動平衡試驗。

3.2 高中壓轉子返廠車削處理

由于加重面平衡塊已滿，現場無法再進行配重，只能返廠處理。6臺機組中，有1臺機組返廠2次，有2臺機組返廠1次，有3臺機組未返廠。高中壓轉子返廠對各級圍帶、各處汽封、主油泵兩側油封環和主油泵前后短軸等部位進行了車削。

4 轉子動平衡試驗過程

以某電廠2號機組動平衡試驗過程為例。該機組為600 MW超臨界參數、一次中間再熱、單軸、直接空冷凝汽式汽輪機，其軸系由高中壓轉子、1號、2號低壓轉子、發電機轉子和勵磁集電環轉子組成，各轉子之間為剛性連接，共有9個支承軸承及1個推力軸承，軸系總長度約為38 m。

由于機組停機時，高中壓轉子過臨界振動過大，決定采用高中壓轉子加重方法補償轉子熱彎曲，從而解決機組過臨界振動大的問題。

a.加重面確定。選擇3個面，分別是高壓轉子端面、高中壓轉子中間面及中壓轉子端面，3個面加重半徑分別為670 mm、1 080 mm、910 mm。

b.試加重位置確定。機組每次降速至過臨界時，高中壓轉子兩端的軸振動相位接近且同向，具有良好的重復性，具體數據見表2。

表2 一階動平衡試驗前后各軸承處軸相對振動

c.試加重量確定［5］。根據轉子重量、加重半徑及升降速的一階臨界振動值，兼顧工作轉速的振動值，采用模態平衡法，進行3個加重面的加重配置。高壓轉子端面22號、23號孔均加重195 g，合成重量為387 g／189°；高中壓轉子中間面21號、22號和24號孔分別加重170 g、180 g和170 g，合成重量為493 g／186°；中壓轉子端面22號、23號孔分別加重198 g、192 g，合成重量為387 g／189°。

經過一次試加重后，在過臨界及工作轉速時，高中壓轉子軸振幅度較上次啟動明顯下降。

5 結論

a.新投產的機組過臨界軸振增大主要原因是轉子存在一階質量不平衡、轉子材質存在缺陷、存在動靜摩擦、汽缸上下溫差較大及轉子與水（汽）接觸。

b.現場采取動平衡試驗應在振動幅度不大時進行，要想同時減小工作轉速和臨界轉速下的振動，應在高壓轉子端面、高中壓轉子中間面及中壓轉子端面同時配重。

c.建議電廠加強對高中壓轉子振動的監視，特別是在啟停機過程中測量轉子振動波德圖，繪出振動變化趨勢圖，并分析臨界轉速下振動的變化情況。

［1］ 許偉軒，常 強.大型轉子臨界轉速下現場動平衡試驗［J］.東北電力技術，2012，33（10）：44－46.

［2］ 常 強.200 MW機組發電機轉子現場動平衡試驗研究［J］.東北電力技術，2010，31（2）：1－3.

［3］ 張立寧，王九崇，常 強.B140低速動平衡機的應用［J］.東北電力技術，2006，27（5）：26－28.

［4］ 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.

［5］ 寇勝利.汽輪發電機組的振動及現場平衡［M］.北京：中國電力出版社，2010.

Cause Analysis and Treatment of Over?critical Vibration Increases for Turbines Newly Put into Operation

GUO Bao?ren1，GAO Feng2，DONG Zhong?hai3，WANG Yan?dong4
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Dalian Power Generation Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116035，China；3.Guodian Kangping Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110500，China；4.Baiyinhua Jinshan Power Generation Co.，Ltd.，Xilin Gol，Inner Mongolia 026200，China）

5×600 MW and one 300 MW steam turbine units，which put into operation just over one year，high pressure rotor relative vibration at critical speed is significantly larger during shutdown than that of startup，the shaft vibration increases with passing time，and it becomes even larger during shutdown and startup than that of turbine trip.The viberation is introduced，cause analysis and coun?termeasures are discussed.Finally，rotor dynamic balancing test procedure is described by example.

High pressure rotor；Critical vibration；Dynamic balance；Returned to the factory turning

TM311；TK268.＋1

A

1004－7913（2015）02－0051－03

郭寶仁（1963—），男，學士，高級工程師，主要從事電站旋轉機械振動故障的診斷工作。

2014－12－08）