汽輪機(jī)異常振動(dòng)的分析和治理

王玉平

（神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719319）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力供應(yīng)提出了更高的要求。為了保障城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與居民用電的穩(wěn)定，加強(qiáng)汽輪機(jī)組日常保養(yǎng)與維護(hù)，保障城市供電已經(jīng)成為了火力發(fā)電廠維護(hù)部門的重要任務(wù)。汽輪機(jī)作為火電廠中三大主要設(shè)備之一，其安全運(yùn)行、檢修與維護(hù)是發(fā)電廠正常運(yùn)作的重中之重。然而，在正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)異常振動(dòng)是所有電力行業(yè)人員面對(duì)的最常見(jiàn)也是最難解決的的問(wèn)題，本文重點(diǎn)闡述神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司#1機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)偏大的治理和排除，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提出并總結(jié)處理措施，以供參考。

1 設(shè)備介紹

1.1 汽輪機(jī)概述

本汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。高中壓部分采用合缸順流結(jié)構(gòu)，低壓部分采用雙流反向結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)型號(hào)為：N600－16.7/537/537。

本汽輪機(jī)屬于反動(dòng)式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的低壓軸承座為了適應(yīng)空冷機(jī)組背壓變化大的特性，均采用落地式布置，以減小由于溫度變化引起的軸承標(biāo)高變化。兩個(gè)低壓缸和中軸承座Ⅰ、中軸承座Ⅱ、后軸承座均為固定布置。低壓缸的死點(diǎn)處于汽輪機(jī)軸線方向距離低壓缸排汽中心線600 mm并朝向調(diào)閥端的一點(diǎn)。中軸承座Ⅰ、中軸承座Ⅱ、后軸承座的中部也均有固定軸向和橫向位置的錨固板。

高中壓轉(zhuǎn)子的1、2號(hào)軸承和低壓轉(zhuǎn)子的3、4、5、6號(hào)軸承采用可傾瓦式，它具有良好的穩(wěn)定性，可避免油膜振蕩。推力軸承采用自位式，它能自動(dòng)調(diào)整推力瓦塊負(fù)荷，穩(wěn)定性好。此外，通過(guò)推力軸承殼體的定位機(jī)構(gòu)，可測(cè)量并調(diào)整推力軸承的間隙。高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子之間及兩根低壓轉(zhuǎn)子之間、低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間都采用剛性聯(lián)軸器連接。

1.2 汽輪發(fā)電機(jī)組軸振動(dòng)限值

我廠規(guī)定振動(dòng)超過(guò)125 μm報(bào)警，振動(dòng)到254 μm且相鄰?fù)叩綀?bào)警值時(shí)，機(jī)組跳閘。

表1 ISO/DIS79110－2《旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)定——第二部分：大型汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用指南》對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)

2 存在問(wèn)題

國(guó)華錦界電廠#1機(jī)組至投產(chǎn)以來(lái)#2軸承振動(dòng)相對(duì)偏大，正常運(yùn)行中長(zhǎng)期處于報(bào)警狀態(tài)，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的時(shí)候，振動(dòng)值很大超出了不合格的范圍，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)值大，轉(zhuǎn)速不能到達(dá)3 000 r/min而定速的局面。嚴(yán)重影響國(guó)華錦界#1機(jī)組汽輪機(jī)安全運(yùn)行及本單位的經(jīng)濟(jì)效益。

3 原因分析

造成汽輪機(jī)組異常振動(dòng)的原因是多方面的，跟機(jī)體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或者是媒介都有可能是引起汽輪機(jī)組振動(dòng)的原因所在，例如進(jìn)汽參數(shù)、油溫、疏水、油質(zhì)、轉(zhuǎn)子熱變形、發(fā)電機(jī)電磁影響等?？傊幸韵聨追矫嬖颍?/p>

3.1 測(cè)振動(dòng)儀表的準(zhǔn)確度

監(jiān)視振動(dòng)的儀表和監(jiān)視系統(tǒng)主要包括框架、電源、系統(tǒng)監(jiān)視器和其他監(jiān)視器及配套傳感器。監(jiān)視器主要是雙通道軸振動(dòng)監(jiān)視器，其主要部件是振動(dòng)探頭和轉(zhuǎn)換儀器。這些部件中只要任何一個(gè)有問(wèn)題，汽輪機(jī)的軸振動(dòng)就會(huì)變化，影響汽輪機(jī)的監(jiān)視，更影響機(jī)組安全。

3.2 汽流激振

對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)較長(zhǎng)，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；在檢查汽輪機(jī)組產(chǎn)生異常振動(dòng)的類型是否屬于汽流激振的時(shí)候可以依據(jù)兩個(gè)方面來(lái)判斷，其一是機(jī)組出現(xiàn)大量值的低頻分量；其二是運(yùn)行參數(shù)能夠明顯的影響振動(dòng)的增大幅度，而且這種增大應(yīng)該是突發(fā)性的，如負(fù)荷等，所以汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量在額定參數(shù)下運(yùn)行，避免在低溫低壓區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而且負(fù)荷不宜波運(yùn)太大，升降負(fù)荷時(shí)要控制好升負(fù)荷率。

3.3 轉(zhuǎn)子不平衡

由于轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)有離心力的作用，所以如果轉(zhuǎn)子在沒(méi)有達(dá)到動(dòng)平衡的情況下，容易在某個(gè)方向振動(dòng)異常大而且比較明顯。這個(gè)動(dòng)不平衡的問(wèn)題可以通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)，往轉(zhuǎn)子上加平衡塊的方法來(lái)解決。因動(dòng)平衡試驗(yàn)比較復(fù)雜，這里就不詳細(xì)說(shuō)明了。

3.4 轉(zhuǎn)子熱變形

機(jī)組轉(zhuǎn)子熱變形原因很多，如轉(zhuǎn)子自身熱應(yīng)力、運(yùn)行中氣缸進(jìn)水、進(jìn)冷空氣以及動(dòng)靜摩擦、中心孔進(jìn)油、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。在機(jī)組冷態(tài)啟機(jī)定速后的帶負(fù)荷階段，這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)子溫度是逐漸升高的，而材質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的釋放會(huì)引起轉(zhuǎn)子的熱變形，帶來(lái)一倍頻振動(dòng)的增大，當(dāng)然同時(shí)也有可能伴隨著相位的變化。因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲變形從而形成汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)。根據(jù)以上原理，可以得出針對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理方式，即時(shí)常更換新的轉(zhuǎn)子以減少汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)，從根源上斷絕問(wèn)題出現(xiàn)的可能性，因?yàn)闆](méi)有了振動(dòng)的產(chǎn)生，汽輪機(jī)組也就不會(huì)有異常振動(dòng)了。

3.5 潤(rùn)滑、頂軸油未調(diào)好

油膜對(duì)轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)作有著不可或缺的作用，它能夠潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，使轉(zhuǎn)子在運(yùn)作時(shí)保持穩(wěn)定性。因此當(dāng)大機(jī)組頂軸油沒(méi)有調(diào)好的時(shí)候，油膜就無(wú)法很好地起到其應(yīng)有的作用，當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)的時(shí)候油膜容易被破壞掉，引起汽輪機(jī)振動(dòng)偏大甚至燒瓦。所以頂軸油要調(diào)好，溢流孔要鎖緊，巡檢也要經(jīng)常巡視。

3.6 軸承間隙不合適

軸承間隙的大小如果不合適也會(huì)引起汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)。軸承間隙過(guò)大，會(huì)使運(yùn)行中軸承振動(dòng)不穩(wěn)，擾動(dòng)不均，容易使振動(dòng)不斷增大從而影響機(jī)組運(yùn)行。所以在機(jī)器安裝之初就要檢查好軸承間隙是否符合標(biāo)準(zhǔn)，以確保機(jī)器的正常運(yùn)行。

3.7 摩擦振動(dòng)

在機(jī)器運(yùn)行的過(guò)程中，摩擦是不可避免的，但是對(duì)于汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，正常的摩擦產(chǎn)生的抖動(dòng)和渦動(dòng)等現(xiàn)象對(duì)機(jī)器本身的運(yùn)轉(zhuǎn)所造成的影響是不會(huì)很大的，影響最大的主要是摩擦所帶來(lái)的轉(zhuǎn)子熱彎曲。造成轉(zhuǎn)子熱彎曲的主要原因是在動(dòng)靜摩擦的時(shí)候，圓周上面的各個(gè)點(diǎn)所產(chǎn)生的摩擦程度是不同的，這也就導(dǎo)致了摩擦后會(huì)產(chǎn)生溫差，最終使轉(zhuǎn)子由于受熱不均而產(chǎn)生彎曲，產(chǎn)生影響汽輪機(jī)組正常運(yùn)作的異常振動(dòng)。這就要求在生產(chǎn)中要及時(shí)檢查轉(zhuǎn)子的工作情況以及是否產(chǎn)生變形，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)解決，以免產(chǎn)生更大的隱患。

3.8 高中壓缸推力不平衡

只有在保證高排后壓力與中壓排氣壓力相等的情況下，才會(huì)產(chǎn)生平衡的軸向推力，而平衡的軸向推力也是保證汽輪機(jī)組正常運(yùn)行的必要條件。因此一旦高中壓缸推力不平衡，例如某一溫度測(cè)點(diǎn)或者是壓力測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)漏氣的情況，就會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，最終造成汽輪機(jī)組的異常振動(dòng)。

3.9 發(fā)電機(jī)電磁系統(tǒng)引起振動(dòng)

如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間空氣間隙不均勻、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈短路等，均會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)。

4 軸振動(dòng)異常治理過(guò)程及措施

針對(duì)以上原因，國(guó)華錦界集控運(yùn)行專業(yè)、汽機(jī)專業(yè)、熱控專業(yè)、電氣專業(yè)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定了以下處理方法。

4.1 檢查維護(hù)測(cè)振動(dòng)儀表

國(guó)華錦界汽機(jī)專業(yè)、熱控專業(yè)聯(lián)手對(duì)振動(dòng)儀表進(jìn)行了檢查和維護(hù)，保證了監(jiān)視的準(zhǔn)確性。

4.2 優(yōu)化汽輪機(jī)啟停操作及運(yùn)行規(guī)定

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際，國(guó)華電廠對(duì)機(jī)組啟停的操作步序和要求進(jìn)行了更加嚴(yán)謹(jǐn)系統(tǒng)的要求，尤其是對(duì)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，汽輪機(jī)啟動(dòng)前輔助系統(tǒng)投入，諸如潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)、盤車、軸封系統(tǒng)以及各高中低壓疏水系統(tǒng)等的投入作出了明確的規(guī)定，確保啟動(dòng)過(guò)程中的安全。對(duì)于汽輪機(jī)停機(jī)過(guò)程中的操作，諸如降壓降溫速度、汽機(jī)輔助退出作出了更加明確的要求，對(duì)于汽輪機(jī)停止后防止冷汽水進(jìn)入汽機(jī)的操作進(jìn)行了詳實(shí)的規(guī)定。同時(shí)對(duì)正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)的操作、維護(hù)進(jìn)行了詳實(shí)的規(guī)定，這樣從運(yùn)行的角度規(guī)避了由于汽流激振，轉(zhuǎn)子熱變形，潤(rùn)滑、頂軸油未調(diào)好導(dǎo)致的軸振動(dòng)大。更在一定程度上避免了由于受熱不均摩擦振動(dòng)的出現(xiàn)。

4.3 減少由于電磁原因引起的振動(dòng)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間空氣間隙不均勻、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈短路等，均會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)。然而，國(guó)華錦界電廠屬于長(zhǎng)距離輸電只有2條，且輸電線路長(zhǎng)達(dá)500 km，線路故障的幾率大，電磁對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的軸振動(dòng)很大。2009年成功投入了次同步諧振動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器 SSR－DS系統(tǒng) SubSynchrousResonance DynamicStatiblizer，利用傳統(tǒng)的SVC設(shè)備（包括晶閘管控制電抗器（TCR）、三次諧波濾波器（H3）、五次諧波濾波器（H5）等設(shè)備及附屬冷卻系統(tǒng)），引入發(fā)電機(jī)組軸系的轉(zhuǎn)速信號(hào)作為輸入控制信號(hào)之一，組成與SVC調(diào)節(jié)目標(biāo)不相同的調(diào)節(jié)裝置，在系統(tǒng)發(fā)生次同步諧振發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化量輸入調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角度改變裝置接入系統(tǒng)的阻抗，即增加系統(tǒng)的阻尼，來(lái)破壞電氣系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)之間的諧振條件，從而達(dá)到抑制次同步諧振、提高發(fā)電機(jī)組軸系安全的目的，這樣最大程度降低了電磁對(duì)軸振動(dòng)的影響。

4.4 與電科院合作綜合研究軸振動(dòng)原因

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，國(guó)華錦界電廠與華北電科院合作，針對(duì)#1汽輪機(jī)進(jìn)行了研究探討，最終得出結(jié)論：轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中出現(xiàn)了不平衡。2010年機(jī)組小修時(shí)經(jīng)計(jì)算給轉(zhuǎn)子加平衡塊后，#1汽輪發(fā)電機(jī)的#2軸承振動(dòng)也有了較好的改變。

5 處理效果

經(jīng)過(guò)相關(guān)專業(yè)的共同努力，國(guó)華錦界電廠經(jīng)過(guò)多管齊下的方法，對(duì)#1機(jī)組汽輪機(jī)軸振動(dòng)進(jìn)行了分析和治理。至目前為止，機(jī)組正常運(yùn)行中，#1機(jī)組汽輪機(jī)#2軸振動(dòng)穩(wěn)定，且能達(dá)到良好水平，正常運(yùn)行中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)報(bào)警的情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于汽輪機(jī)本體系統(tǒng)的復(fù)雜性，國(guó)華錦界在處理#1機(jī)組汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的過(guò)程中，采取多個(gè)原因綜合，多點(diǎn)同時(shí)突破的方法，取得了良好的效果。通過(guò)類似問(wèn)題的分析解決，保證了國(guó)華錦界電廠汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)作為一點(diǎn)運(yùn)行調(diào)整和處理隱患經(jīng)驗(yàn)，供同類型運(yùn)行機(jī)組參考。