關于一起汽輪機大修后振動大的原因分析與應對措施

摘 ?要：本文通過某電廠11號汽輪機大修并網后機組振動大的事件，詳細闡述了參數變化、原因排查以及應對措施，對汽輪機動靜碰磨產生的振動進行了分析，并針對不同部位產生的動靜磨擦采取的不同措施提出了建議。

關鍵詞：汽輪機;振動;動靜碰磨

1.前言

火力發電廠中汽輪機運行中振動的大小，是機組安全與經濟運行的重要指標，也是判斷機組檢修質量的重要指標。汽輪機組運行中振動大會導致軸封、隔板、軸瓦等損壞，甚至會引發葉片斷裂等惡性設備事故，其發生的原因主要有啟動過暖機不充分、動靜碰磨、轉子質量不平衡、油膜震蕩、氣缸進汽不均衡等。因此，汽輪機發出現振動的工況時，要及時分析機組運行參數，準確判定原因，采取有針對性的措施，有效控制機組振動，避免發展擴大，導致發生不安全事件。

2.設備概述

某電廠11號機組為上海汽輪機廠生產的亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷、抽汽供熱式汽輪機。高中壓部分采用合缸反流結構，高壓缸由1級單列調節級（沖動式）和11級壓力級（反動式）所組成;中壓缸為全反動式壓力級，共12級。低壓缸采用雙流反動式壓力級，共2×6級。

推力軸承設在高中壓缸端部的前軸承座內，在推力軸承處形成轉子的相對死點。低壓外缸兩側的端汽封分別固定在中軸承座和后軸承座下部并通過波紋管與低壓外缸相連，既能保持低壓外缸真空的密封，又能在低壓外缸真空變化時，不影響端汽封的徑向間隙。中、后軸承座及低壓缸各有一個死點，汽輪機在軸向和橫向定位板中心線的交點處形成死點，所以在中、后軸承座及低壓缸各有一個死點。中軸承座的死點也可看作是靜止部分的死點;低壓缸死點在距離低壓缸排汽中心線600mm并靠近調閥端的一點。低壓轉子的3號、4號軸承采用可傾瓦式，3號、4號軸承分別安裝在中、后軸承箱內落地布置。

3.事件過程

11號機組于2021年10月29日A級檢修結束，按照省調安排，于10月30日開始機組啟動，機組于11月1日12：03正式并網。在接帶負荷至135MW時，汽輪機低壓缸3號、4號軸承軸振同時出現明顯上漲的趨勢，其它軸承軸振也小幅增加，就地實測振動增大，聽音未發現明顯異常。通過汽輪機振動和故障診斷系統（TDM）發現3號、4號軸承軸振動頻譜主要為工頻振動，幅值較大且相位變化大于360°，初步判斷為低壓缸部分發生輕微動靜摩擦，有可能發生在軸封、葉片圍帶汽封、隔板汽封等部位。立即停止增加負荷，觀察振動變化。

首先，對運行參數進行了檢查：低壓軸封母管溫度160℃，壓力35KPa無異常波動;主、再熱蒸汽壓力溫度增加平穩;排汽裝置真空維持在-80KPa;汽缸膨脹為18.7mm，脹差為7.0mm，上下缸溫差均小于25℃。各參數均控制在正常范圍，排除了運行參數控制異常造成動靜間隙消失發生摩擦的原因。

其次，針對低壓缸部分裝配間隙小，在缸體輕微變形時通流部分徑向間隙消失發生的摩擦情況，采取穩定負荷、提高潤滑油溫、降低機組真空、改變低壓軸封溫度的方法觀察振動變化情況。通過調整發現降低真空3KPa左右時，3號、4號軸承軸振由上升趨勢變為平緩下降，TDM系統顯示軸振幅值下降，相位變化穩定，動靜碰摩現象消失。

振動有效控制后，逐步增加負荷至190MW，真空降至-69KPa，軸振動逐步小于50μm且保持基本穩定。但是，當排氣裝置真空由-69KPa提高至-72KPa時，3號、4號軸承軸振由50μm左右增大至125μm左右，且有繼續增大趨勢，于是，再次將排汽裝置真空降到65KPa左右后，3號、4號軸承軸振降至45μm左右。故判斷周振大的原因為：為低壓缸通流部分或端部軸封，在真空較高時缸體下沉，徑向間隙變小發生碰摩。

2021年11月3日，通過改變軸封壓力觀察3號、4號軸承軸振變化情況。機組負荷190MW，提高真空至-72KPa，3號、4號軸承軸振由45μm升高至101μm。提高軸封母管壓力由35Kpa至46Kpa，發現軸振首先下降至57μm后上升，最高達到110μm。發現提高軸封壓力后軸振動有明顯下降趨勢，判斷低壓缸端部軸封存在動靜碰摩。

4.原因分析

某電廠11號機組于2021年9月5日-10月30日進行了汽輪機揭缸大修檢查工作。并對高中低壓缸的汽封和軸封齒進行了修復更換。其中，低壓缸端部軸封單側為四道軸封，從外向里分別編號為1、2、3、4，其中最外一道的汽封環（編號為1）徑向間隙標準為：0.7-0.8mm，其他三道（編號為2、3、4）徑向間隙標準為：0.45-0.55mm。

此次機組大修時，對低壓缸前后端部8道接觸軸封進行更換，并由廠家進行了間隙調整。調整后，端部軸封間隙測量采取全實缸壓膠布的方法（膠布單層厚度為0.25mm），編號1的汽封環兩層膠布不接觸，三層膠布輕接觸;編號2、3、4汽封環兩層膠布輕接觸，三層膠布重接觸。

結合事件過程參數分析，此次造成3號、4號瓦軸振大的原因是，大修更換安裝低壓缸軸封齒時，汽輪機低壓缸上部軸封預留間隙較小，機組啟動受熱后產生動靜部分碰磨，導致低壓缸3號、4號軸振偏大。當降低排汽裝置真空后，低壓缸缸體呈向上部變形的趨勢，使得低壓缸上部軸封片和轉子間隙變大，減緩了碰磨。在多次反復提高真空，進行轉子和軸封片碰磨后，上部間隙變大，3號、4號瓦振動恢復正常。

5.措施建議

5.1根據分析判斷的原因，運行人員采取了以下措施：

5.1.1 維持汽輪機軸封壓力46KPa，反復調整真空，使3號、4號瓦振動在45至120μm之間變化，通過摩擦逐步消除動靜接觸。于11月6日將真空逐步提高至-82Kpa，軸封母管壓力恢復到35Kpa，汽輪機3號、4號瓦軸振動可穩定在30-45μm范圍內，振動恢復正常。

5.1.2 在運行繼續監視3號、4號瓦軸振變化情況，發現軸振有快速上漲趨勢時，及時采取降真空措施，控制軸振不大于130μm。

5.2針對此次汽輪機振動大的事件，筆者建議：

5.2.1在機組大修時，總結全實缸壓膠布軸封間隙測量方法經驗，留存好11號汽輪機軸封間隙調整的相關參數，為下次機組大修提供間隙調整參考依據，避免間隙調整過小或過大。

5.2.2在機組啟動時，要進行充分暖機，保證汽缸足夠的膨脹量，并控制脹差在允許的范圍內，避免機組并網帶負荷后振動增加。

5.2.3 機組冷態啟動后，由于缸體和轉子膨脹不均，易發生動靜碰磨，調整凝汽器真空可有效調整緩解動靜間隙。但是需要注意的是，針對落地軸承，上部間隙減小時應采用降低真空，而下部間隙減小時應采用增加真空。

作者簡介：

董志超（1974），男，山西省太原市清徐縣，太原第二熱電廠總工程師，高級工程師，火力發電。