50MW背壓機組汽輪機轉子形變原因研究

福建晉江熱電有限公司 王福發

1 故障簡述

某電廠二期四號機組首次在2021年5月24號11：39分進行沖轉，第一次進行沖轉的參數如下所示：偏心50μm、汽缸膨脹1為3.8mm、膨脹2為2.7mm。11:43分沖轉到540r/min，暖機40分鐘；12：33分沖轉到1460r/min，暖機50分鐘，13:26分沖轉到2600r/min；13:41分汽輪機膨脹差為6.6mm、膨脹1為5.4mm、膨脹2為4.5mm，汽輪機振動1X：23μm、1Y：17.3μm，2X：26.74μm、2Y：26.8μm[1]。22:20分汽輪機進行第二次沖轉，偏心48μm，膨脹1為7.2mm、膨脹2為6.4mm，膨差為3.1mm；22:43分沖轉到2600r/min，暖機55分鐘，23:50沖轉到3100r/min[2]。

5月25號03：17分汽輪機3100r/min，暖機100分鐘后進行并網，這時膨脹1為11.89mm、膨脹2為11.21mm，膨差為4.99mm。汽輪機振動1X：15.6μm、1Y：17.3μm，2X：26.64μm、2Y：26.8μm。04；00分汽輪機2X 振動開始從19μm升到42μm，04：06分汽輪機負荷從33MW 減到28.4MW，2X 恢復到20μm，04:14分汽輪機負荷升到32.5MW 時，2X、2Y 快速上升，04：23分汽輪機2X、2Y 達到了跳機值、機組跳閘，汽輪機惰走時間為8分鐘，正常的時間為30分鐘。這個時候膨脹1為14.9mm、膨脹2為14.3mm，膨差為5.7mm，汽輪機振動1X：30μm、1Y：30μm，2X：133μm、2Y：129μm[3]。

2Y：129μm 導致汽機惰走八分鐘的時間，與正常的機組進行對比，明顯的時間比較短，所以根據這種情況，可以判斷汽輪機出現了碰摩的情況，從而增大了轉子的惰走阻力[4]。機組結束惰走之后，轉子偏心值在盤車過程中上下波動起伏，如圖1所示，偏心數據與沖轉前進行對比明顯地嚴重超過，據此可以對轉子判斷其有熱彎曲發生。

圖1 四號機組和6號機組偏心數據變化

圖2 1號與2號瓦軸振趨勢

四號機組調停后啟動，在2021年5月25號03:17分并網。并網之后軸向位移，差脹，缸溫等參數正常。2月25號04:20分2號瓦軸振幅超過136μm，機組ETS 保護動作，機組跳閘。03:32機組2X 軸振一倍頻幅值21μm，通頻幅值25μm，運行比較平穩，其它的倍頻所占的分量比較小。03:37分機組2X 軸振一倍頻幅值22μm，二倍1.6μm，通頻幅值27μm，出現了波動[5]。2X 軸振在三次小幅度波動之后，二倍增大到5μm。

04:01分2X 軸振一倍頻幅值為36μm，二倍為12μm，通頻幅值為42μm。機組在負荷減低后，振動有所回落，這個時候一倍頻幅值為10μm，二倍為13μm，通頻幅值為24μm。04:07分后2號瓦振快速上升，并且是以一倍頻為主要的振動。在機組沖轉中，振動快速上升，對汽輪機1號與2號瓦振情況進行現場監測（表1）。

表1 跳機前1號與2號瓦軸振表

2 分析并確認故障原因

分析跳機數據：由圖3可看出，2號瓦軸振超過了跳機值從而導致跳機，而在振動幅值回落時機組出現了碰摩的情況，所以導致惰走時間為八分鐘。而機組主要是以一倍頻為主要振動，是強迫振動，而對于轉子發生強迫振動的原因有以下幾點：在2號瓦軸升到跳機值中，一倍頻幅值增大造成2X 與2Y軸振幅值增加，可判斷為動靜碰摩，并網后汽封和轉子間隙變小，導致動靜碰摩；在運行中，2X 產生二倍頻分量，其原因為轉動部件出現軸向碰摩；因為汽機測點比較少，內部流場比較復雜，對于真實金屬溫度不能正確反映。

圖3 1號與2號瓦軸振頻譜

開缸檢查確認：在啟機過程中，缸體和轉子的溫度隨著蒸汽溫度與流量不斷的上升而達到額定溫度。轉子或缸體金屬在升溫的過程中，其溫度分布不均勻，缸體內表面溫度比較高，而金屬內部溫度比較低。轉子表面溫度最高，中心孔溫度最低。而因為結構產生的溫度梯度使得金屬各部分產生熱應力。5月31號手動測量了4號汽輪機軸頭跳動值，其最大為0.25mm，對轉子判斷其已經有塑性變形產生，對于4號汽輪機經過商討決定開缸處理。在6月5號汽輪機轉子順利起吊，對前軸封等進行現場檢查，發現汽封齒嚴重磨損，前內軸封處過熱情況明顯。開缸檢查特別是調節級葉頂位置，前汽封磨損嚴重，部分汽封齒有脫落、破損以及倒伏的情況。

3 整改措施

對檢查結果進行分析總結，以免再度發生這類事故，現根據機組實際情況提出整改措施：

對汽輪機通過采用調門門桿漏氣提前進行暖機，對于上下缸溫差要嚴格的控制在50℃以內，必須要投入疏水控制子回路；啟動中增加汽缸偏擺監視，對于原始數據在暖管前進行記錄，并網后對汽缸偏擺數值進行記錄，發現該數值突然增大，所以需對升負荷或是升轉速進行暫停并尋找原因。汽缸偏擺值在0.4mm 以上時及時查找原因并進行排除，當在0.6mm 及以上、且振動失穩時要進行停機處理。

對于機組啟動暖缸過程已不適應廠家提供的啟動曲線，對于暖機時間與轉速在之前啟動中不斷的進行優化，啟動曲線最終形成較為適合的一條；對比沖轉前原始值與偏心值，允許啟機需要偏差在20μm 及以下；汽輪機任何一個軸承的軸振值在暖缸，沖轉中超過50μm 就需要打閘，檢查并消除故障后再進行啟動；對于疏水管路的溫度要進行就地檢查，以免不通暢；在沖轉過程中要充分暖機，要結合廠家制定的最新啟動曲線、缸脹值、差脹以及缸溫來判斷。

本文對50MW 背壓供熱機組啟機過程有比較大的振動出現觸發保護動作的問題進行分析，現結論如下：沒有充分的進行暖機從而引起軸振上升、轉子形變，并有嚴重的碰摩發生，從而導致停機，大幅縮短惰走時間。對于上述分析通過缸體解體檢查對其進行了驗證，并對相應的整改方案進行提出；因汽機測點少，不能正確進行反應，缺少監控手段；暖缸手段不能有效的設置，可能會對汽封齒造成脫落、碰摩，在并網之后出現二次傷害；機組啟動中汽缸有向爐內側偏擺的趨勢，所以需要加固主蒸汽管道系統。