600MW亞臨界機組1瓦振動大分析及處理

吳 韜

（中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華北電力試驗研究院，北京 100000）

1 設(shè)備概述

某電廠3號機組汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)制造，型號為N600-16.7/538/538-1，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、沖動凝汽式。總級數(shù)為42級，高壓轉(zhuǎn)子有9級，其中第一級為調(diào)速級，中壓轉(zhuǎn)子有5級，低壓轉(zhuǎn)子有2×2×7級。汽輪機采用高中壓缸合缸結(jié)構(gòu)，兩個低壓缸均為雙流反向布置。汽輪發(fā)電機組#1、#2軸承采用可傾瓦式軸承，#3～#6軸承采用橢圓抗沖擊軸承，#7～#9軸承采用橢圓形軸承。機組結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。機組于2004年7月投產(chǎn)，2016年2月19日至2016年5月24日完成綜合升級改造。

圖1 機組結(jié)構(gòu)布置

2 故障概況

自2016年5月通流改造以來，3號機組1瓦X/Y向軸振幅值由改造完啟動時的37/48 μm緩慢增長，到2018年1月通流改造后第一次揭缸檢修前，軸振已增長到X/Y：49/81 μm。到2021年9月，1瓦X向軸振幅值區(qū)間達(dá)到60～105 μm，Y向軸振區(qū)間達(dá)到105～160 μm，振幅變化范圍較大，在快速升負(fù)荷時振動有上漲的趨勢。2020年6月—2022年1月期間1瓦振動趨勢如圖2所示。

圖2 2020年6月—2022年1月期間1瓦振動趨勢

2021年10月初，3號機組1瓦Y向軸振幅值最高達(dá)到162 μm，進(jìn)行汽門閥序調(diào)整試驗，將CV4和CV2閥位函數(shù)對調(diào)，CV2維持手動全關(guān)狀態(tài)，之后1瓦軸振下降明顯。在滿負(fù)荷狀態(tài)下，1瓦X/Y軸振由95/145 μm降至78/56 μm。閥序調(diào)整后近四次啟動過程中，1瓦軸振存在異常升高的情況，汽輪機定速3 000 r/min并網(wǎng)前，1瓦軸振有大幅上漲趨勢，X向由中速暖機時的95 μm最大漲至121 μm，Y向由94 μm最大漲至188 μm，并網(wǎng)帶負(fù)荷后振動緩慢下降至正常范圍。為保障機組順利并網(wǎng)，在啟機過程中盡量延長中速暖機時間，定速3 000 r/min后及時并網(wǎng)，避免振動繼續(xù)上漲。

3 故障分析及結(jié)果

（1）從表1振動數(shù)據(jù)可以得出，自2016年5月通流改造以來，1瓦軸振緩慢增長，2021年5月開始1瓦軸振增長趨勢加劇；從表2停機過臨界數(shù)值可以得出，2020年9月停機1瓦過臨界振動數(shù)值明顯增大，至2022年1月停機1瓦過臨界振動數(shù)值有增大趨勢。

表1 啟機定速3 000 r/min的振動情況

表2 停機惰走過臨界的振動情況

結(jié)合以上現(xiàn)象，懷疑高中壓轉(zhuǎn)子存在彎曲并逐漸劣化[1]。2022年大修時揭缸發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處彎曲150 μm，中壓聯(lián)軸器處彎曲135 μm。轉(zhuǎn)子彎曲原因：

1）材質(zhì)缺陷。轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻或存在殘余應(yīng)力，運行受熱后膨脹不均勻?qū)е聫澢＿@可能是制造階段“時效”時間不夠，轉(zhuǎn)子殘余內(nèi)應(yīng)力過大，受熱后應(yīng)力釋放，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲[2]。

2）動靜摩擦[3]。機組運行過程中，若轉(zhuǎn)子與靜子部件發(fā)生摩擦，會導(dǎo)致摩擦接觸部位溫度升高，轉(zhuǎn)子圓周方向存在溫差，如果碰磨達(dá)到一定的劇烈程度和時長，或是遇到碰磨情況處理不當(dāng)，可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永久彎曲。但現(xiàn)場轉(zhuǎn)子解體未發(fā)現(xiàn)有較嚴(yán)重的碰磨痕跡。

3）轉(zhuǎn)子與水（汽）接觸。汽水進(jìn)入汽輪機，都會使熱態(tài)時的轉(zhuǎn)子局部遭到冷卻，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不對稱溫差，導(dǎo)致彎曲變形。

（2）運行中1瓦軸振出現(xiàn)波動現(xiàn)象，且定速時1瓦軸振有上漲趨勢，懷疑1瓦軸封處發(fā)生碰磨，軸瓦存在問題。檢修中未發(fā)現(xiàn)軸瓦異常。

（3）運行中1瓦振動隨時間上漲，懷疑轉(zhuǎn)子位置發(fā)生改變。檢修中未發(fā)現(xiàn)洼窩中心左右差異。

根據(jù)上述分析，對3號機組高中壓轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行車削，之后再無異常振動現(xiàn)象。

4 應(yīng)對措施

（1）運行期間進(jìn)行閥序調(diào)整，降低運行期間振動數(shù)值。

（2）停機時進(jìn)行現(xiàn)場動平衡，降低激振力[4]。

（3）檢修時揭缸測量轉(zhuǎn)子彎曲、軸瓦狀態(tài)、碰磨情況[5]。

（4）防止大軸彎曲措施：

1）汽機啟動前必須滿足：

①大軸晃度不得超過原始值±0.02 mm；

②汽缸上下缸溫差不超過50 ℃；

③主蒸汽溫度至少高于汽缸最高金屬溫度50 ℃，蒸汽過熱度不低于50 ℃；

④轉(zhuǎn)子應(yīng)充分連續(xù)盤車，一般不低于2～4 h。

2）機組升速過程中，一階臨界轉(zhuǎn)速前，軸承振動超過0.03 mm時，應(yīng)立即打閘；臨界轉(zhuǎn)速時，軸承振動超過0.1 mm，應(yīng)立即打閘；因振動異常停機后，必須連續(xù)盤車4 h以上才能再次啟動。

3）啟動前應(yīng)檢查停機記錄，并與正常曲線比較。熱態(tài)啟動時，應(yīng)先向軸封供汽，后拉真空，軸封供汽管路在供汽前必須充分暖管和疏水，防止水或冷氣進(jìn)入汽輪機。

4）機組啟動和停止及變工況運行過程中，應(yīng)按照規(guī)定曲線控制蒸汽參數(shù)變化。主蒸汽溫度和汽缸金屬溫度的變化率不得大于規(guī)程規(guī)定。主蒸汽要保持一定的過熱度，要避免汽溫大幅度直線變化。當(dāng)10 min內(nèi)汽溫上升或下降達(dá)50 ℃時，應(yīng)立即打閘停機；當(dāng)主蒸汽汽溫過熱度過低時，調(diào)速汽門的大幅擺動可能引起一定程度的水擊，此時應(yīng)密切監(jiān)視機組振動、脹差、軸向位移等參數(shù)，如有異常應(yīng)立即打閘停機。

5）停機后應(yīng)投入連續(xù)盤車，注意比較盤車電流值、擺動值與典型正常值。如有動靜摩擦，應(yīng)根據(jù)實際情況間斷盤車，待摩擦消除后方可連續(xù)盤車。因故暫時停止盤車不應(yīng)超過0.5 h，每0.5 h應(yīng)盤車180°。不超過0.5 h時也應(yīng)視情況先盤車180°，待轉(zhuǎn)子熱彎曲消失后，再投入連續(xù)盤車。

5 結(jié)語

本文為尋找汽輪發(fā)電機組異常振動的原因，進(jìn)行了汽門閥序調(diào)整試驗，并對機組歷史振動數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理，揭缸檢查結(jié)果與分析結(jié)果一致，對相關(guān)類型汽輪發(fā)電機組解決振動異常問題有重要的借鑒意義。同時，制定了該類問題的應(yīng)對措施，提供了寶貴的經(jīng)驗積累。