安陽電廠#9機#1瓦振動分析及處理

【摘要】安陽電廠#9機在運行中發現#1瓦振動增大，嚴重威脅機組安全。本文通過對機組振動數據的分析、診斷，找出了#1瓦振動的原因，解決了機組振動問題，對其他類似機組也有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】汽輪發電機組；振動特性；軸系

前言

汽輪發電機組軸系的穩定性直接關系到機組的安全運行和設備的可靠性，不論在機組啟停過程中還是在機組正常運行中，軸系振動始終是監測的一項重要指標。機組出現異常振動后，處理稍有不當，都可能會造成設備發生局部或整體的毀壞事故，因此對于機組振動必須高度重視。

1、設備概述

安陽電廠#9汽輪機系東汽生產的N300-16.7/537/537-3型亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽單軸沖動凝汽式汽輪機，配4個高壓調門，能實現全周和部分進汽兩種不同進汽方式，并能實現節流調節和噴嘴調節無擾切換。該機高調門開啟順序為：1+2→3→4。調門布置見附圖1。

該機組#1、#2軸承支承汽機高-中壓轉子；#3、#4軸承支承汽機低壓轉子；#5、#6軸承支承發電機轉子；#7、#8、#9、#10軸承支承勵磁系統轉子；#1、#2軸承為落地軸承，#3、#4軸承箱在低壓汽缸上。其中#1軸承為可傾瓦軸承，其余均為橢圓軸承。

2、機組振動情況

自08年7月20日以來， #9機組#1瓦軸振、瓦振多次出現異常增大現象，并且隨著時間的延續，振動有惡化趨勢，特別是#1瓦振，波動非常大，曾出現過#1瓦振瞬間達到121um、1X軸振瞬間達到165um、1 Y軸振瞬間達到150um的情況，且軸系其他各瓦振動也有明顯增大趨勢，嚴重威脅機組的安全穩定運行。

鑒于#1瓦振動異常，為防止設備損壞事故的發生，保證機組安全穩定運行， 7月23日至7月24日， #9機組臨時停運，對#9機#1瓦進行了簡單的檢查，主要檢查了主油泵齒形聯軸器連接情況、#1瓦上瓦塊活動情況、#1瓦緊力以及高低對輪的晃度及同心度等數據，并對#1瓦緊力進行了調整。7月24日14點，#9機組重新并網。處理后，#1瓦瓦振明顯下降且比較穩定，但#1瓦X向軸振及#2瓦X向軸振明顯增加，特別是#1瓦X向軸振，曾瞬間達到了245um。機組負荷250MW后各瓦振動數據：#1瓦瓦振22um， 1X軸振234um，1Y軸振123um，2X軸振145um，3Y軸振117um，4Y軸振117um，見附圖2。

3、振動特征、故障分析及采取對策

#1瓦檢查前，瓦振變化波動非常大，范圍在12um～80um之間，且變化非常快，瞬間即從20um以下波動到60um以上，并且#1瓦瓦振和機組負荷大小關系也不大，在不同負荷點都出現過#1瓦瓦振激起的情況。當#1瓦振動較大時，現場檢查、聽音，前箱#1瓦處振動明顯，并且伴隨有間斷的異音。#1瓦檢查后振動數據表明（見附圖3），#1瓦瓦振明顯下降且波動不大。通過以上數據分析可以說明，機組運行中#1瓦瓦振波動大是由于#1瓦上瓦塊緊力不夠，使#1瓦上瓦塊松動，引起#1瓦振動異常。緊力調整后，#1瓦振動恢復正常，#1瓦瓦振大的問題基本得到解決，但#1瓦振動的問題并未得到解決，主要表現在#1瓦軸振較大。

#1瓦檢查后機組加負荷至250MW時的振動波形圖見附圖3-4。由圖可知，當#1瓦軸振增大時，#1瓦軸振有明顯的1/2x低頻分量，甚至25Hz的振動數值和50Hz在振動數值幾乎相等，都達到了125um，#1軸承的軸心軌跡與波形亦發生明顯畸變（見附圖4）。當振動恢復正常后，#1瓦軸振的1/2x低頻分量很快降低或消失，#1軸承的軸心軌跡與波形亦恢復正常。亦即當高壓轉子#1瓦軸振變化較大時，主要是低頻分量1/2x振動加劇，而基頻1x振動變化則比較小。

#1瓦振動故障分析：#1瓦振動特征表明，#1瓦振動超標主要是由#1瓦軸振的低頻分量1/2x振動加劇引起的。雖然#1軸承為可傾瓦，振動穩定性好，但轉子失穩的條件仍然存在，并且由于結構設計的因素，在高壓調節閥進汽方式改變的情況下，#1瓦失穩的現象較為嚴重，這是一種典型的汽流擾動現象。

汽隙激振的機理是由于諸多原因引起的，其主要特征有：（1）振動頻率低于轉子工作頻率 ；（2）振動有良好的再現性 ；（3）只能在大容量汽輪機高壓轉子上發生。從量值來說，這種不穩定力在較大容量汽輪機高壓轉子上才能形成。由汽流激振機理可知，消除這種振動的對策不外乎從減少激振力和增加系統阻尼兩個方面入手。具體對策如下：（1）調整汽缸和轉子中心，避免運行中轉子和汽缸中心發生明顯偏移；（2）增大轉子與隔板之間的軸向間隙。由計算和實驗得到，隨著噴嘴、靜葉與動葉之間的軸向間隙的增大，可以顯著地減少汽流渦動的激振力，但由此會明顯降低汽輪機的內效率；（3）改變調速汽門開啟程序，以此避免轉子在單側蒸汽力作用下發生明顯的徑向偏移和在轉子上產生不平衡力矩；（4）增加軸瓦阻尼，例如減少軸瓦間隙、增加軸瓦長度，采用黏度較大的潤滑油等。

在機組運行的狀況下，只有改變調門順序切實可行，且不同的調門開啟順序，進汽的部位不同，對機組產生的影響也不同。當機組部分進汽時，進汽的動葉受到一個汽流產生的切向力和前后壓差產生軸向力，不進汽的動葉就沒有這些力，造成調節級葉輪受到不均衡的切向力和軸向力，這些力通過轉子作用到軸承上，對#1和#2軸承的載荷產生較大的影響，進而影響到機組振動?？紤]到機組振動總是首先發生在#1瓦且機組負荷較高時，此時#1、2高調門已完全開啟，#3調門也處于半開或接近全開狀態，這樣汽缸進汽就形成#1、3高調門下缸進汽、#2高調門上缸進汽，這種進汽受力方式有使#1瓦載荷減輕的趨勢，故容易造成#1軸承振動失穩（調門開啟順序見附圖1）?；诖?，決定在機組運行中改變調門開啟順序，由原來的1+2→3→4方式改為3+4→2→1方式，這樣就形成高負荷時#2、4高調門上缸進汽、#3高調門下缸進汽的情況，增大了#1瓦載荷，使振動減輕，失穩狀態自然就會消失。事實證明，機組高調門開啟閥序改變后，機組振動明顯降低，就此，安陽電廠#9機組高負荷區#1瓦振動的問題基本解決。

4、結論

對于運行中的機組，當出現#1瓦軸振大時，可以通過改變調門開啟順序實現對機組振動的控制，鑒于東汽廠生產的300MW汽輪機普遍存在以上問題，這對其他類似機組也有一定的借鑒意義。改變調門開啟順序控制振動只是權宜之計，要想根本解決問題，還必須從機組軸系著手。

作者簡介：

張健，1971年生，男，河南安陽人，1995年畢業于南京電力高等專科學校，后續學歷本科-華北水利水電學院自學本科熱能動力工程專業，工程師，研究方向：燃機運行管理。