330?MW汽輪機冷態啟動時軸系振動故障分析

夏 波，李建軍，付東海

(大唐略陽發電有限責任公司，陜西 漢中 724300)

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330?MW汽輪機冷態啟動時軸系振動故障分析

夏 波，李建軍，付東海

(大唐略陽發電有限責任公司，陜西 漢中 724300)

〔摘 要〕分析了某公司330 MW汽輪機在沖轉及帶負荷過程中軸系異常振動的原因，查明4號瓦軸振動隨負荷增大的原因是中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足，并提出了相應的處理措施。處理結果表明：該措施成功解決了軸系振動異常問題，保證了機組的安全運行，也為處理同類型機組的軸系振動積累了經驗。

〔關鍵詞〕汽輪機；軸系振動；冷態啟動；聯軸器

0　汽輪機概述

某公司6號汽輪機是北京汽輪電機有限責任公司生產的N330-17.75/540/540型單軸、三缸、亞臨界、一次中間再熱、雙排汽、凝汽式汽輪機，配用GEC ALSTHOM-BED生產的T255-460型330 MW發電機。機組整個軸系由汽輪機高、中、低壓轉子和發電機轉子及勵磁機轉子組成，全部采用剛性聯軸器聯接，由8個徑向支持軸承和1個穩定軸承支承。從汽輪機向發電機方向看，轉子為逆時針方向旋轉，機組軸系示意如圖1所示。

圖1　高中壓分缸330 MW汽輪機軸系示意

1　振動故障

該公司6號機組A修后于2013-10-19啟動。在沖轉過程中，汽輪機3Y軸振動偏大，定速后3Y約140-150 μm。電氣試驗時，汽輪機降速至2 700 r/min，3Y振動達到保護值180 μm跳機，其余各瓦軸振動無異常，機組其他參數正常。經現場檢查及初步分析判斷，3Y振動偏大是因為3號瓦軸處存在動靜碰磨。隨著機組充分暖機，碰磨現象將所改善。

盤車運行后，機組無異常，汽輪機再次沖轉至1 600 r/min時，3Y振動約為106 μm。隨著轉速上升，3Y軸振逐漸下降，定速后3Y軸振93 μm，4Y軸振51 μm。并網帶負荷后，3Y軸振進一步下降，但4Y，4X軸振隨著負荷增加持續上升。當負荷為170 MW時，4Y軸振120 μm，4X軸振99 μm，3Y軸振66 μm。隨著負荷增加，4Y，4X軸振增加明顯，機組以4號瓦軸振動控制帶負荷。機組在啟動過程中的各瓦軸振動值如表1所示。

表1　啟動過程中的各瓦軸振動值 μm

2　原因分析

對6號機組于2013-10-19啟動加負荷過程中的3，4號瓦軸振動情況進行分析。

2.13號瓦軸振動分析

分析機組數次升降速數據，發現3號瓦軸振動差異較大。在定速及帶負荷過程中，其振動有所回落且趨于穩定，認定轉子平衡狀態良好，振動是由3號瓦軸處的動靜碰磨引起的。經充分暖機后，機組受熱，膨脹均勻，3號瓦軸振動將會有所改善。

2.24號瓦軸振動分析

4號瓦軸振動隨負荷增加而持續上升。當負荷為200 MW時，4Y已由并網時的60 μm上升至140 μm，4X由68 μm上升至94 μm。當機組負荷降低至175 MW后，4號瓦軸振動回落至126-130 μm后趨于穩定。

為了進一步分析原因，開展加減負荷試驗，對振動進行測試。當負荷由175 MW升至250 MW時，4Y軸振由126-130 μm增大至162-171 μm，4X軸振由90 μm上升至113 μm；當減負荷到224 MW時，4Y軸振減小至152 μm并趨于穩定。從監測數據來看，4號瓦軸振動基本為工頻分量，且3-5號軸振同相。從趨勢來看，4號瓦軸振動與機組負荷對應關系較好，負荷增加，振動增大；負荷穩定，振動也趨于穩定；當負荷減小時，振動會小幅回落，在此過程中4號瓦軸振動相位基本不變。分析認為，4號瓦軸振動隨負荷增大是由中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足造成的。

2.3中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足的分析

6號汽輪機高、中、低壓轉子均為整鍛轉子，轉子之間用剛性聯軸器聯接，以傳遞扭矩和軸向力。2個聯軸器法蘭通過使用錐形襯套，把螺栓孔咬合住。為了使每個錐形襯套和螺栓受力均勻，避免個別受力過大損壞，輪襯套、襯套與螺栓之間必須精確配合，組裝嚴密。

聯軸器螺栓的緊固工藝，由專用工具通過液壓(千斤頂)冷拉。對于這種帶錐套的對輪螺栓，施加預緊力時，應注意拉伸方向及錐套定位是否可靠。聯軸器裝配如圖2所示。

圖2　聯軸器裝配示意

經了解，同型機組運行一段時間后，個別機組中-低壓轉子對輪螺栓有緊力不足的現象。進一步查設計資料，發現該型汽輪發電機組軸系設計的低階固有扭振頻率如表2所示。

表2　汽輪發電機組軸系設計的低階固有扭振頻率 Hz

從表2可以看出，軸系第3階扭振固有頻率47.9 Hz接近工頻，且主振型在中壓轉子后，一般設計要求避開47-53 Hz。

上述分析認為，造成中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足的原因：內因是軸系第3階扭振固有頻率(中壓后)避開裕度不足；外因是對輪連接螺栓施工工藝不嚴格。

3　 處理措施

(1)復查中-低壓轉子對輪晃度，復查對輪螺栓緊力。當中-低壓轉子對輪晃度超標時，應進行調整，使其不大于0.03 mm；對輪螺栓預緊力可增加至標準要求的110 %。

(2)3Y振動大是由于局部碰磨所致，機組帶負荷后3Y振動已趨于穩定，可不予處理。

4　 處理效果

停機后，復查中-低壓轉子對輪晃度為0.06 mm，對輪螺栓緊力不足，個別螺栓甚至失去緊力；高-中壓轉子對輪晃度0.05 mm。為此重新連接高-中、中-低壓轉子對輪，調整后晃度均為0.04 mm。在開機及帶負荷過程中，3，4號瓦軸振動良好，數據如表3所示。

5　 結論

（1） 3號瓦軸振動的主要原因是由動靜碰摩引起，在機組檢修中應認真執行軸承檢修工藝，對軸承的接觸角度、面積進行檢查，頂隙盡量取下限，增大軸承穩定性，注重油擋間隙的調整。

(2)在機組帶負荷過程中，4號瓦振動隨負荷增加而增大，這是由于中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足造成的。停機消缺后，4號瓦軸振動在帶負荷過程一直比較穩定。中-低壓轉子對輪螺栓緊力不足，一方面由于設計原因，中壓轉子3階扭振頻率避開率不足；另一方面與緊螺栓工藝有關，對于這種帶錐套的對輪螺栓，在檢修中應特別注意拉伸螺栓的方向、長度，錐套要可靠定位。

表3　處理后的3，4號瓦軸振動值 μm

夏 波(1972-)，女，工程師，主要從事火力發電廠汽輪機振動測試、分析及主設備技術管理工作，email：xb_3284@126.com。

李建軍(1970-)，男，高級工程師，主要從事火力發電廠設備管理、技術管理、檢修管理工作。

付東海(1970-)，男，助理工程師，主要從事火力發電廠設備管理、技術管理工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-10-22。