某660 MW汽輪機振動大的原因分析

摘要：闡述了國內(nèi)某火電廠660 MW汽輪機振動異常現(xiàn)象，通過分析汽輪機異常振動的常見原因及其預防措施，找出了造成該汽輪機振動大的原因是機組檢修時將原有的汽封改為了接觸式汽封，使其與轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦導致振動異常，采用暖機升速的手段解決了該問題，為國內(nèi)汽輪機振動問題的解決提供了參考。

關(guān)鍵詞：油膜失穩(wěn);氣流振動;膨脹不均;動靜摩擦;暖機升速

0 引言

汽輪機的老化與磨損大多源于振動，雖然完全消除汽輪機的振動是不可能的，但是如果將其控制在一定范圍內(nèi)，對汽輪機的正常運行造成的影響較小，就可基本忽略其危害。我國汽輪機振動幅度的常用標準為不超過0.05 mm[1]。引起異常振動的因素多種多樣，除了設(shè)計或裝配失誤以外，汽輪機軸承的磨損老化，零部件達到其疲勞壽命極限等，都是造成汽輪機異常振動的重要原因。當汽輪機軸系中心發(fā)生變化，偏離原來的平衡位置，超過了一定范圍，便會產(chǎn)生較大的異常振動幅度，不斷加劇機組內(nèi)部的動摩擦與靜摩擦，加劇了汽輪機的異常振動，產(chǎn)生惡性循環(huán)，最終使得機組零件松動，加速老化磨損，造成巨大的經(jīng)濟損失[2]。

1 振動異常現(xiàn)象

某660 MW汽輪機機組為國內(nèi)某火電廠#3機組，型號為N660-25/600/600（超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式），汽輪機由8個軸承支撐，高壓轉(zhuǎn)子采用雙支承，發(fā)電機和勵磁機轉(zhuǎn)子采用三支承，其余中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子采用單支承。

某次檢修結(jié)束后，在第一啟動過程中，由于汽輪機組振動大出現(xiàn)了打閘停機的情況，隨后對機組進行了4次啟動，經(jīng)過各軸振動數(shù)據(jù)檢測，發(fā)現(xiàn)機組中有一個可傾瓦軸承軸振異常，該可傾瓦軸承在不同轉(zhuǎn)速下的X/Y軸振Bode圖數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)該機組在不同轉(zhuǎn)速下的軸振Bode圖數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該機組振動分量90%以上以基頻為主，屬于不平衡原因引發(fā)的強迫振動（基頻=工作頻率）[3]。

2 汽輪機振動原因及其預防措施

2.1 ? ?油膜失穩(wěn)及其預防措施

油膜失穩(wěn)問題的判斷較為方便明顯，汽輪機的渦動頻率經(jīng)常隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化而變化，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速是導致油膜失穩(wěn)的主要原因，及時檢測渦動頻率的變化可以幫助工作人員快速鑒別油膜失穩(wěn)問題。其出現(xiàn)原因通常為軸系穩(wěn)定性較差，系統(tǒng)阻尼不夠，在設(shè)計人員對汽輪機進行設(shè)計時，對于對比壓與負載的考慮不足，設(shè)計的軸承寬度可能較寬，在遵循運行原則的基礎(chǔ)上，不妨適當減小軸承寬度，與此同時，適當提高其承載系數(shù)。但也應注意，過量增大軸承承載系數(shù)，降低潤滑油黏度，會減薄油膜厚度，導致其工作環(huán)境溫度過高，油質(zhì)老化較快，在設(shè)計時應充分考慮其利弊進行取舍。機組操作人員做好相關(guān)工藝的檢查與控制，按期對汽輪機軸承做好維護工作，可以有效預防油膜失穩(wěn)問題。

2.2 ? ?氣流振動及其預防措施

氣流振動是引發(fā)汽輪機振動的常見原因，出現(xiàn)頻率較高[4]。眾所周知，工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速越接近，軸系統(tǒng)穩(wěn)定性越好，但是較高的臨界轉(zhuǎn)速無法滿足汽輪機的工作效率要求，機組工作人員常常通過改變汽輪機級數(shù)增大跨距來提高工作效率，導致通流部分兩側(cè)的徑向間隙出現(xiàn)較大的誤差，軸徑所受切向力增大，產(chǎn)生正向渦動，轉(zhuǎn)子逐漸彎曲、磨損，導致更大的徑向間隙，進一步增大流動切向力，最終產(chǎn)生異常振動。氣流振動的主要問題為軸向旋流，為了防止這一問題的產(chǎn)生，主要采用擾亂軸向旋流，提高失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速的技術(shù)手段。設(shè)計人員在設(shè)計之初，可以采用較大軸徑偏心率的軸承，也可改變其幾何形狀，在降低振幅的同時，擾亂軸向旋流，使得汽輪機可以高速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

2.3 ? ?膨脹不均及其預防措施

汽輪機的工作環(huán)境一般為高溫環(huán)境，機組零部件具有熱脹冷縮的特性，在其整體加熱與受熱過程中，不能保證整體受熱均勻，使得汽輪機各部分受熱膨脹不均，在此過程中，軸承極易發(fā)生位置偏移，剛度變差，導致產(chǎn)生機械振動[5]。膨脹不均比較容易監(jiān)測與預防，當氣缸與在熱壓力之間出現(xiàn)了受力不穩(wěn)的情況時，及時檢查預防，同時在汽輪機正式投入運行之前，認真檢查疏通管道，疏水期間及時清理管道。遇到膨脹不均的問題，應及時檢查汽輪機各部分的零件變形情況，如有問題及時更換。與此同時，考慮汽輪機膨脹不均是否與未正確設(shè)置參數(shù)有關(guān)，若是則及時調(diào)整設(shè)備參數(shù)，留心設(shè)備使用時長。

2.4 ? ?動靜摩擦及其預防措施

動靜摩擦對于汽輪機振動的損害最為嚴重，一旦發(fā)生動靜摩擦，容易增大汽輪機內(nèi)部零件碰撞的概率，必然導致汽輪機振動的增加，劇烈的振動導致更為劇烈的動靜摩擦，產(chǎn)生負反饋效應，一些直接接觸的零件，如接觸式汽封、軸承等可能會發(fā)生永久性彎曲形變，造成嚴重事故，這也是汽輪機在設(shè)計時要求汽封的硬度要低于汽輪機轉(zhuǎn)子的主要原因。面對動靜摩擦問題，機組設(shè)計人員一定要遵循設(shè)計原則，認真計算考慮汽輪機運行時的各項參數(shù)，汽輪機運行時，機組人員應當嚴格遵守操作規(guī)程，不要盲目追求汽輪機工作效率，在日常維護中要注意及時補充潤滑油，增強潤滑。

3 振動異常分析

通過觀察該660 MW汽輪機組在不同轉(zhuǎn)速下的基頻振幅與相位角的變化發(fā)現(xiàn)，當轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，二者發(fā)生了明顯變化波動，如果該機組因為質(zhì)量不平衡引發(fā)振動，則二者會基本保持不變，故首先排除本身質(zhì)量不平衡問題。通過檢測渦動頻率的變化情況也排除了油膜失穩(wěn)問題。在該機組運行時，并未對高壓進氣閥進行操作，其開度未發(fā)生任何變化，該可傾瓦軸承依然存在，說明其軸振與高壓進氣閥開度無關(guān)，可以排除氣流振動問題。隨后，對該機組的啟動參數(shù)控制進行了檢查，各項參數(shù)均無問題，認真檢查管道疏水情況，均無問題，汽輪機組進疏水流暢，機組受熱均勻，可排除膨脹不均問題。

將機組長時間停留在1 000 r/min左右的轉(zhuǎn)速下，發(fā)現(xiàn)該可傾瓦軸承X/Y向軸振逐漸減小，初步判斷該可傾瓦軸承軸振是由于汽輪機中高中壓轉(zhuǎn)子熱彎曲引發(fā)。通過查閱本次檢修記錄發(fā)現(xiàn)，中高壓部分汽封、軸封更換為了接觸式汽封。該可傾瓦軸承所在的軸系也進行了更換，甚至存在過盈現(xiàn)象。故認為此次機組振動是由于汽封與轉(zhuǎn)子之間發(fā)生了碰撞摩擦，產(chǎn)生了動靜摩擦而造成的。為解決該問題，將該機組啟動并維持在1 500 r/min（該機組的臨界轉(zhuǎn)速）左右的轉(zhuǎn)速下，使該可傾瓦軸承軸振逐漸趨于穩(wěn)定，更換轉(zhuǎn)速（升速），再次使該可傾瓦軸承軸振逐漸趨于穩(wěn)定，不斷重復該過程，直至最終振動減小趨于穩(wěn)定（動靜接觸部分磨平）。

4 結(jié)語

該660 MW汽輪機振動異常是由明顯的動靜摩擦引起的，其主要原因在于在檢修時將原有的汽封改為接觸式汽封，在裝配時甚至存在過盈現(xiàn)象，導致汽輪機組啟動時，接觸式汽封與轉(zhuǎn)子之間間隙較小，發(fā)生了動靜摩擦。對于該問題，可以采用暖機升速的手段予以解決，操作人員一定要按照操作規(guī)程進行操作，防止由于溫差過大引發(fā)膨脹不均等新的問題。

[參考文獻]

[1] 劉湘萍.汽輪機運行中的振動及防止技術(shù)研究[J].當代化工研究，2020（1）：56-57.

[2] 謝巍.汽輪機組安裝中振動影響因素分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（35）：94-95.

[3] 廖申丁.火力發(fā)電廠汽輪機軸承振動大的原因分析及處理措施[J].機電信息，2019（35）：83-84.

[4] 陳志峰.汽輪機振動故障機理分析[J].電工技術(shù)，2019（23）：118-120.

[5] 楊森，楊旭輝，馬長亮.某上汽1 000 MW汽輪機組軸系振動原因探索[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019（33）：19-21.

收稿日期：2020-01-18

作者簡介：姜波（1987—），男，山西朔州人，助理工程師，從事火電廠設(shè)備安裝工作。