某聯合循環機組汽輪機軸振異常分析和處理

劉柳

（江蘇華電通州熱電有限公司， 江蘇 南通， 226300）

0 引言

某雙軸布置的聯合循環機組汽輪機在運行兩年后出現#1-2 軸承軸振異常現象， 具體表現為#1-2 軸承軸振值迅速爬升并在半小時內快速回落至基礎軸振值。 電廠專業技術人員經過研究分析軸振異常現象由汽輪機動靜部件摩擦引起， 并在機組大修中成功發現摩擦部位并進行處理， 機組修后啟動運行， 軸振異常現象消除。

1 機組運行概況

1.1 機組概況

某電廠使用的西門子V94.2 型燃氣-蒸汽聯合循環機組為雙軸布置， 其配套的聯合循環汽機為上海汽輪廠生產。 本汽輪機為次高壓、 單缸、 單軸、 雙壓、 無再熱、 無回熱、 抽汽凝汽式汽輪機，汽缸前部（第1-5 級）為雙層結構， 之后為單層結構。 汽缸內裝有高壓內缸， 中壓隔板套， 1 個中壓蒸汽室， 低壓隔板套， 前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14 級壓力級和1 級中壓調節級組成。 汽輪機轉子為雙支點， #1-2 軸承為可傾瓦，發電機轉子軸承為橢圓瓦， 汽輪機軸系布置見圖1。 汽輪機轉子與發電機借助與汽輪機轉子一體的鋼性聯軸器相連[1]。

圖1 汽輪機軸系布置圖

1.2 軸振異常現象描述

聯合循環機組配套的汽輪機自2016 年12 月投入商業運行以來軸系振動一直良好。 運行兩年后， 從2019 年開始， 汽輪機在供熱量或者負荷發生波動時會出現軸振異常現象， 具體表現為汽機#1-2 可傾瓦的X 向及Y 向軸振值會在半小時內快速爬升至120 μm 左右后回落至基礎振動值， 瓦振增幅不明顯， 軸振先突升后突降的異常現象無明顯規律變化可尋， 主要發生于汽機供熱量和負荷變化時， 軸振最高已達130 μm,超過報警值127 μm， 嚴重威脅機組安全運行。

2 原因分析

2.1 振動發生時的參數

通過DCS 及汽輪機TDM 系統， 調取汽輪機軸振異常發生的振動參數及圖表， 分別見表1 和圖2-5。

表1 軸振異常發生時#1-4 軸承軸振數值 μm

圖2 振動時域波形圖

圖3 振動時頻譜圖

圖4 振動時#1 瓦軸心軌跡

圖5 振動時#2 瓦軸心軌跡

2.2 軸振異常原因分析

（1）軸振異常現象始發于 2019 年初， 2016 年12 月機組投產以來汽輪機各軸承軸振值一直穩定無異常波動， 應將動靜摩擦作為軸振異常的重點原因進行排查；

（2）由表 1 數據可以看出， 1X 向軸振增大時，1Y 也同時增大， 2X 向振動增大時， 2Y 也同時增大， 而發電機軸承 3X， 3Y， 4X， 4Y 軸振值幾乎無變化， 排除汽輪機軸系存在問題， 推斷#1～2 軸承振動可能因為動靜摩擦引起， 且#1 軸承處摩擦相對劇烈；

（3）查閱系統振動歷史數據發現當轉速一定時， 隨運行時間的增長， 振動量值和相位發生明顯的波動， 波動幅值和波動周期都是隨機的。 由圖2 時域波形圖及圖3 頻譜圖可以看出， 剛開始發生碰磨時， 轉子不平衡引起的振動頻率成分幅值較高， #1-2 軸承振動頻率均以工頻為主， #1 軸承有時伴隨出現了少量半頻、 倍頻和高頻， #2 軸承的1 倍頻及2 倍頻分量較#1 軸承偏高并伴有少量高頻， 顯示#2 軸承的軸振是受到#1 軸承的軸振直接影響， 此時轉子處于穩定圓周局部碰摩狀態， 這是典型早期碰磨振動特征[2]；

（4）由圖2 時域波形圖及圖4-5 軸承軸心軌跡可以分析： 當軸振異常現象發生時， 時域波形為正弦波， 附帶有明顯毛刺,有時波形存在 “削頂”現象， 且軸心軌跡呈現出 “花狀”， 這些都是動靜摩擦振動的顯著特征。

2.3 分析結論

通過汽輪機軸振異常發生時的振動參數及圖表分析得出： 軸振異常由汽輪機內部動靜部分構件摩擦引起。

3 明確振動原因及處理過程

3.1 軸振異常原因確認

汽輪機開缸后， 發現第一級動葉葉頂汽封（汽機側）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損， 上半隔板第一道高齒破損， 下半隔板第三道高齒破損， 破損照片如圖6。 阻汽片破損后卷邊導致葉頂汽封軸向間隙變小， 汽機在供熱量或者負荷波動時汽機轉子軸向位移發生變化（推力間隙范圍內），轉子葉頂凸肩與卷邊的阻汽片發生動靜碰磨造成汽機振動加劇， 軸振迅速攀升， 碰磨點磨平后軸振又迅速回落至基礎振動值。

圖6 破損的汽封齒

汽輪機揭缸后的發現明確了汽機軸振異常原因是動靜摩擦。

3.2 缺陷處理過程

在機組檢修過程中， 對破損的汽封阻汽片進行修復， 剔除舊的阻汽片， 按照工藝要求鑲嵌新的阻汽片， 調整通流間隙至合格值。

3.3 修后機組運行情況

本次檢修通過調整1/2 號軸承間隙， 有效降低了1/2 號瓦基礎軸振值， 修后 2 號汽機 1 瓦 X 向34 μm， Y 向 33 μm， 2 瓦 X 向 37 μm， Y 向 33 μm， 基礎軸振值較修前降低 15 μm 以上， 極大提高了機組運行的安全性， 修后值詳見表2。 同時，修后2 號汽機1/2 瓦軸振曲線平穩， 不隨供熱及負荷波動出現急劇爬升的異常現象。

表2 修后#1-4 軸承軸振數值 μm

4 結束語

這是一起典型的由于動靜摩擦引起的聯合循環機組汽輪機振動異常案例， 從這起案例的分析和處理過程來看， 對于汽輪機運行中發生的振動異常問題， 可以通過對振動趨勢、 時域波形圖、頻譜分析圖、 軸心軌跡、 波特圖等數據的分析及時判斷振動產生的機理和原因， 有針對性地進行檢修。 汽輪機運行過程中軸系振動的好壞直接影響到機組軸承瓦溫， 嚴重的甚至影響機組啟動。因此， 對于機組運行中出現的振動異常要及時進行分析和處理， 才能有效地減少引起軸系振動增大的因素， 保障機組安全穩定運行。