600MW機組汽輪機振動大原因分析及處理

張學濤

摘 要：分析潮州發電公司#2機組汽輪機在正常運行工況狀態下5、6、7號軸承軸振及瓦振突增的故障，結合汽輪機各部件結構、運行方式調整、相關檢修記錄等，逐一排查可能影響振動的原因，發現問題，采取有效措施解決該類缺陷。

關鍵詞：汽輪機;振動;軸瓦;葉片;拉筋

前言

潮州發電公司#2機組為哈爾濱汽輪機廠制造的CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機，汽輪機轉子共有六個徑向支持軸承和一個推力軸承，1#～6#軸承均為四瓦可傾軸承，推力軸承位于前箱的1#支持軸承外側，其中高中壓轉子、低壓（I）轉子、中間軸、低壓（II）轉子、發電機轉子、勵磁機刷架小軸，各聯軸器均為剛性連接。共9個軸承，#1、#2瓦支承高中壓轉子;#3、#4瓦支承低壓（I）轉子;#5、#6瓦支承低壓（II）轉子;#7、#8、#9瓦共同支承發電機轉子和勵磁機刷架小軸。#1-#6瓦為四瓦塊可傾瓦，#7、#8瓦為三瓦塊可傾瓦，#9瓦為圓筒瓦。

2020年1月9日，2號機組負荷350MW，高低壓凝汽器真空（-97.2kPa/-97.8kPa），凝汽器最大背壓4.0kPa，軸封壓力、溫度穩定，監盤發現大機5、6、7號軸振及瓦振突增，過程報警及硬光字均無報警，數值如下：X方向：5X由 24 μm突增至 31μm后緩慢上漲至 40 μm，基本穩定;6X 由101 μm突增至110μm后緩慢上漲至122 μm，基本穩定;Y方向： 6Y由 56 μm突增至 66μm后緩慢上漲至 73 μm，基本穩定;7Y由 70 μm突增至 74μm后緩慢上漲至 81 μm，基本穩定;W方向：5W由 34 μm突增至 37μm后緩慢上漲至 40 μm，基本穩定;6W由 37 μm突增至 44μm后緩慢上漲至 50 μm，基本穩定;7X由 56 μm緩慢上漲至 60 μm;8X由 43 μm緩慢上漲至 48 μm;

其余軸振、瓦振無明顯變化，就地傾聽大機低壓缸A無明顯異音，測得振動與DCS一致，檢查凝汽器水位、凝結水Na濃度、電導無變化，各段抽汽壓力、溫度無明顯變化，停1A循泵，緩慢降真空至（-95.8kPa/-97.4kPa），觀察大機振動逐漸穩定。

1 ?原因分析

在#2機組正常運行工況下，參考機組設計圖紙、歷次2號機A修檢修記錄、振動突增時數據分析、機組其他運行參數的對比，使用TDM監測系統采集相關數據對可能引起此類振動大的因素逐一分析、確認、排查，初步判斷此類異常主要由低壓（II）轉子不平衡引起。

不平衡是汽輪機轉子最常見的故障。引起轉子不平衡的原因有：結構設計不合理，制造和安裝誤差，材質不均勻，受熱不均勻，運行中轉子的腐蝕、磨損、結垢、零部件的松動或脫落等。轉子不平衡故障包括：轉子質量不平衡、初始彎曲、熱態不平衡、部件脫落、結垢、聯軸器不平衡等，不同的原因引起的轉子不平衡故障規律相近，但也各有特點。

1.1 ?轉子質量不平衡

轉子質量不平衡引起的振動，在整個機組軸承中均發生較大的振動，在轉子通過臨界轉速時振動幅值有時特別明顯地增大，其振動頻率與轉子轉速一致，波形為正弦波，以一倍頻振幅為主，其他諧波的振幅較小，頻譜呈樅樹形，定速下幅值穩定，相位穩定。

1.2 ?轉子初始彎曲

初彎轉子具有與質量不平衡轉子相似的振動特征，所不同的是初彎轉子在轉速較低時振動較明顯，趨于初彎值。

1.3 ?熱態不平衡

在機組啟動或停機及較大負荷變動過程中。由于熱交換速度的差異，使轉子橫截面產生不均勻的溫度分布，使轉子發生瞬時熱彎曲，產生較大的不平衡。熱彎曲引起的振動一般與負荷有關，改變負荷，振動相應地發生變化，但在時間上較負荷的變化滯后。隨著盤車或機組的穩態運行，整體溫度趨于均勻，振動會逐漸減小。

1.4 ?轉子部件脫落

運行中的轉子部件突然脫落也會引起轉子不平衡，使轉子振幅突然發生變化?？梢詫⒉考撀涫Ш猬F象看作對工作狀態的轉子的瞬時階躍響應。由于瞬態響應最終要衰減為零，因此，部件脫落的主要特征是振動會突然發生變化后趨于穩定，振動的振幅一般會有較明顯的增大，振動的相位一般會有變化。

1.5 ?轉子部件結垢

如果工質的質量不合格，隨著時間的推移，將在轉子的動葉和靜葉表面產生塵垢，使轉子原有的平衡遭到破壞，振動增大。由于結垢需要相當長的時間，所以振動是隨著時間逐漸增大的。且由于通流條件變差，軸向推力增加，軸向位移增大，機組級間壓力逐漸增大，效率逐漸下降。

1.6 ?聯軸器不平衡

由于制造、安裝的偏差或者動平衡時未考慮聯軸器的影響，可能使聯軸器產生不平衡。聯軸器不平衡具有與質量不平衡相似的振動特征，通常是聯軸器兩端軸承的振動較大，相位基本相同。

綜上所述，結合機組以往振動大案例和咨詢其他相同型號汽輪機廠家，基本確定為低壓（II）轉子相關部件松脫導致振動異常。

2 ?過程處理及效果

2020年1月10日，2號機組停機，打開低壓缸人孔檢查發現，低壓轉子末級葉片拉筋有一處裂紋，揭缸檢查轉子其他部件無異常，修補拉筋裂紋后回裝，機組啟動沖轉至并網600MW負荷1至6號軸承軸振及瓦振恢復正常。

3 ?結束語

振動產生的原因多種多樣且十分復雜，而且每個汽輪機組的情況也都不同，因此需要針對每一個機組，根據異常分析，進行一系列的試驗，找出振動的規律，做好記錄工作，結合運行與檢修時的資料，進行綜合分析，才能找到振動的原因，加以消除。在生產運行中，還必須做好振動監測工作。避免異常振動的發生，確保整個電廠的正常運行。