600MW汽輪發(fā)電機組汽流激振故障分析及處理

陳浩，邴漢昆，徐厚達

(華電電力科學研究院，杭州 310000)

0 引言

汽流激振是汽輪發(fā)電機組運行過程中產(chǎn)生的非線性振動，屬于自激振動，大多發(fā)生于高參數(shù)機組，尤其是高壓缸轉(zhuǎn)子部分，振動具有突發(fā)性且振動幅值較大，嚴重危害機組的安全穩(wěn)定運行。

1 汽流激振的機制

1.1 汽流激振故障產(chǎn)生的原因

汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生振動故障是因為有外加力的作用，在機組發(fā)生汽流激振故障時，便產(chǎn)生相應(yīng)的汽流激振力。作用在轉(zhuǎn)子上的汽流激振力可分為靜態(tài)力和動態(tài)力［1］。對于噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機而言，蒸汽除了使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生力偶外，還會附加一個作用于轉(zhuǎn)子中心的靜態(tài)力，該力有可能導致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。汽輪機轉(zhuǎn)子偏心會造成圓周方向葉頂間隙分布不均和同一級上葉片氣動力不對稱。葉片周向氣動力除了合成一個扭矩外，還合成一個作用于轉(zhuǎn)子軸心的橫向力，該橫向力為動態(tài)力，隨著轉(zhuǎn)子徑向位移的變化，呈周期性變化。

1.2 汽流激振故障特征

汽流激振故障多發(fā)生于高參數(shù)汽輪機高壓缸部分，在高負荷下振動具有突發(fā)性，振動頻譜中包含較高的半頻成分［2］。振動與負荷有關(guān)，超過一定負荷振動會出現(xiàn)突發(fā)性，低于該負荷，振動又會衰減下去。振動和主蒸汽參數(shù)有關(guān)，降低主蒸汽溫度有利于消除汽流激振故障。

2 某電廠600 MW亞臨界汽輪發(fā)電機組振動故障

2.1 振動數(shù)據(jù)分析

該機組為600 MW亞臨界機組，軸系由高、中壓轉(zhuǎn)子、低壓#1轉(zhuǎn)子、低壓#2轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子構(gòu)成。

該機組在滿負荷下穩(wěn)定運行時，各個軸瓦的振動幅值全部低于100 μm，振動處于良好狀態(tài)。穩(wěn)定運行一段時間后，#1，#2，#3，#4軸瓦振動幅值陡然增加，尤其#2和#3軸瓦變化最大，超過報警值，持續(xù)數(shù)小時后振動又回落，該情況起初每個月發(fā)生1次或2次，后來越來越頻繁，每隔兩三天就會出現(xiàn)振動突增現(xiàn)象，嚴重影響機組的安全運行。

在機組正常運行且負荷為530 MW時，#2，#3軸瓦振動數(shù)據(jù)見表1，各個瓦振動幅值維持在100 μm以下。2012－07－13 T 15:12，#2軸瓦振動突然增大，2x幅值達到近170 μm，持續(xù)數(shù)小時又降低，同時#1，#3，#4軸瓦也出現(xiàn)振動突增，此時負荷為553 MW，振動突增時#2，#3軸瓦振動數(shù)據(jù)見表2。圖1為振動突變時#2軸瓦頻譜圖。

表1 負荷530 MW機組穩(wěn)定狀態(tài)下振動數(shù)據(jù)

表2 振動突變時#2，#3軸瓦振動數(shù)據(jù)

該機組進汽方式為部分進汽，#2，#3，#4閥門開啟，開度均為65%，#1閥門作為調(diào)節(jié)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，進汽閥門布置位置如圖2所示。

圖1 振動突變時#2軸瓦頻譜圖

圖2 進汽閥門布置

從表1和表2可以看出，當發(fā)生故障時，2x振動幅值增大到近 170 μm，3x 幅值達到 120 μm，2x 相位也發(fā)生較大的變化。從圖1可以看出，機組發(fā)生汽流激振故障時#2軸瓦頻譜圖中產(chǎn)生很大的半頻成分，半頻幅值超過工頻幅值，這是典型的自激振動故障特征。

圖3～圖6為2012－07－09 T 14:00—2012－07－10 T 10:00#1，#2，#3，#4軸瓦振動趨勢圖，從圖3～圖6中可以看出，在這段時間段內(nèi)，各個軸瓦出現(xiàn)2次振動波動，而且波動的時間段都相同，每次波動持續(xù)時間約1 h。

上述振動特征和汽流激振故障特征吻合，分析原因與閥門開啟順序有較大關(guān)系，該機組為順序閥運行，#1閥門作為調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)子受到一個方向向上的汽流力，影響軸承的穩(wěn)定性，激發(fā)出汽流激振故障。

2.2 振動故障分析與處理

圖3 1 y趨勢圖(2012－07－09—10)

圖4 2 y趨勢圖(2012－07－09—10)

圖5 3 y趨勢圖(2012－07－09—10)

圖6 4 y趨勢圖(2012－07－09—10)

根據(jù)以上分析，#1，#2，#3，#4軸瓦發(fā)生振動突增現(xiàn)象比較頻繁，而靠低壓缸和發(fā)電機端的軸瓦沒有類似現(xiàn)象，故障主要發(fā)生在高壓缸部分，改變負荷后，各個軸瓦的振動幅值也相應(yīng)減小，根據(jù)故障特征，作者判斷為汽流激振故障。處理措施如下。

(1)將#2軸承油溫提高5℃。

(2)調(diào)節(jié)進汽方式:開啟#1，#2，#3閥門，關(guān)閉#4閥門，將#4閥門作為調(diào)節(jié)閥;然后開啟#2和#3閥門，再開啟#1閥門，最后開啟#4閥門。

故障處理后，機組在高負荷下穩(wěn)定運行了1個月，#1，#2，#3，#4軸瓦振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，其中#1軸瓦振動較小，在20 μm以下，#2，#3，#4軸瓦x方向的振動一直處于90 μm以下，y方向振動低于70 μm，振動處于較良好的狀態(tài)。故障處理后負荷為500 MW時各軸瓦的振動數(shù)據(jù)見表3。

表3 故障處理后負荷為500 MW時各軸瓦的振動數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)該機組出現(xiàn)突發(fā)性振動，主要原因是高壓缸處軸瓦穩(wěn)定性較差并有汽流激振力，建議在大修時將軸承更換為可傾瓦軸承，以提高軸承的穩(wěn)定性。

(2)調(diào)節(jié)機組的進汽方式，改變閥門開啟順序，或?qū)㈨樞蜷y控制改為單閥控制，可有效消除汽流激振故障。

(3)建議在機組大修時，更換汽封，并將汽封間隙調(diào)整到規(guī)定值，檢修時將轉(zhuǎn)子和汽缸的偏心值控制在合理范圍內(nèi)，可有效減小汽流激振力，消除轉(zhuǎn)子的低頻振動。

［1］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］郭力.大型發(fā)電機組低頻振動剖析［J］.電站系統(tǒng)工程，1998，14(5):24 －26.