600 MW超超臨界汽輪機振動問題分析及處理

邴漢昆，郭佳雷，陳浩，龐樂

(華電電力科學研究院，杭州 310030)

0 引言

在國產(chǎn)600MW機組中，汽輪發(fā)電機組高中壓轉(zhuǎn)子經(jīng)常因運行操作不當或其他原因而彎曲，主要表現(xiàn)為機組帶負荷運行時振動不大，但啟機或停機過程過臨界時振動超標，甚至引起跳機，嚴重影響機組的安全運行。

目前，大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子彎曲故障的常見處理方法有2種:一是直軸處理，即給轉(zhuǎn)子施加直軸載荷，將轉(zhuǎn)子校直;二是通過切削加工，去除彎曲變形所帶來的不平衡量。這2種處理方法所需工期較長、費用較高，且具有一定風險。因此，針對彎曲變形量較小的轉(zhuǎn)子，可以考慮對其進行現(xiàn)場加重來補償其不平衡質(zhì)量。

1 機組概況

某600 MW機組系CCLN600－25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。高中壓轉(zhuǎn)子的徑向軸承采用無扭轉(zhuǎn)四瓦塊可傾瓦軸承，低壓轉(zhuǎn)子采用二瓦塊可傾瓦軸承，對中性能良好;發(fā)電機采用端蓋式軸承，由端蓋支撐軸承載荷;軸承采用下半兩塊可傾式軸瓦，能自動調(diào)整負荷中心，穩(wěn)定性強，抗油膜擾動能力強。軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 軸系結(jié)構(gòu)

2 機組振動情況［1－2］

機組在帶負荷正常運行時，除#1，#2瓦振動超標外，其他軸瓦振動均在70 μm以下，機組停機過程中過臨界時振動偏大，振動數(shù)據(jù)見表1。檢修期間對高中壓轉(zhuǎn)子彎曲量進行測量，最大彎曲部位位于中壓缸第2級處，達130 μm。由于檢修工期限制，轉(zhuǎn)子沒有返廠處理。

表1 機組停機及過臨界時振動值 μm

機組檢修后啟動，沖轉(zhuǎn)前盤車時偏心為65 μm，23:30開始沖轉(zhuǎn)，根據(jù)以往經(jīng)驗振動保護值設(shè)定為250 μm，機組過臨界過程由于2X振動超標跳機，振動值見表2。降速至600 r/min后，23:56再次進行沖轉(zhuǎn)，定速1200r/min，穩(wěn)定25min，定速期間振動爬升;00:26降速至600 r/min，暖機10 min后開始第2次沖轉(zhuǎn)，根據(jù)歷史啟機振動值將振動保護值調(diào)整為300 μm，當轉(zhuǎn)速為1300r/min時，2X 振動達370μm，再次跳機，振動見表3。

表2 第1次沖轉(zhuǎn)過臨界時振動值 μm/μm∠(°)

表3 第2次沖轉(zhuǎn)過臨界時振動值 μm/μm∠(°)

當停機過程中轉(zhuǎn)速降為120 r/min時，#2瓦瓦溫由46℃突然上升為76℃。停機后對#2瓦進行檢查，狀態(tài)良好，初步懷疑瓦溫突然升高與油質(zhì)有關(guān)。

停機期間對晃度進行了實時監(jiān)測。轉(zhuǎn)速降為500 r/min時，偏心為61μm;40r/min時，偏心為47μm;20 r/min時，偏心為40 μm且一直平穩(wěn)在此值;投盤車40 s后，偏心變?yōu)?1μm，1min后偏心為30μm，再12s后，偏心變?yōu)?3μm并維持在此值不再變化。

3 振動分析及處理［3］

根據(jù)機組啟機過程振動情況，機組首次沖轉(zhuǎn)過臨界過程中跳機后降速至600 r/min后再次沖轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)速達到1200r/min時，暖機停留過程中振動爬升，通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)有高頻成分，判斷發(fā)生了碰磨，而就地聽針監(jiān)測結(jié)果與測量結(jié)論相吻合。根據(jù)常規(guī)運行經(jīng)驗，機組在低轉(zhuǎn)速下發(fā)生碰磨，應(yīng)該進行長時間暖機直到碰磨消除才可以繼續(xù)沖轉(zhuǎn)，據(jù)此定速1200 r/min暖機，由于發(fā)生碰磨導(dǎo)致振動爬升。存在原始彎曲的轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速以下發(fā)生碰磨會加重轉(zhuǎn)子彎曲，從而導(dǎo)致再次沖轉(zhuǎn)過臨界時振動大幅增大。

針對以上情況，為測得轉(zhuǎn)子過臨界時的振動值，決定在機組進行長時間盤車后再次沖轉(zhuǎn)，調(diào)取了歷次啟機過臨界時的振動值，將#1，#2瓦振動保護調(diào)整為310 μm。此次啟動設(shè)定2套啟動方案:(1)定速600r/min檢查后，繼續(xù)在1200r/min暖機查看振動情況，通過長時間暖機使碰磨消除;(2)由于大修期間汽封間隙調(diào)整較大，且上次沖轉(zhuǎn)過程中頻譜分析其碰磨分量較小，推斷不會發(fā)生嚴重碰磨，因此決定定速600 r/min進行簡短檢查，檢查正常后直接沖轉(zhuǎn)2000 r/min，防止轉(zhuǎn)子碰磨導(dǎo)致的熱彎與原始彎曲疊加而造成嚴重影響，該啟動方案存在一定風險，需要做好嚴密的防范措施。

經(jīng)商討決定采取第2種方案，機組在盤車將近8 h后再次進行沖轉(zhuǎn)，順利通過臨界轉(zhuǎn)速，振動數(shù)據(jù)見表4。

表4 第3次沖轉(zhuǎn)過臨界時振動值 μm/μm∠(°)

對以上采集數(shù)據(jù)進行分析，確定了高中壓轉(zhuǎn)子動平衡方案，由于現(xiàn)場實際原因，轉(zhuǎn)子中間平衡孔無法加重，因此只能選擇兩端加重方式進行平衡處理，最終在#1，#2瓦各加重870 g。由于加重時間較長，又為兩端對稱加重，導(dǎo)致加重后再次投入盤車偏心達到130 μm，因此，決定以轉(zhuǎn)子加重位置為基準翻轉(zhuǎn)180°放置1.5 h后再次投入盤車，盤車4 h后偏心為47 μm，于是機組再次沖轉(zhuǎn)。

機組加重后首次沖轉(zhuǎn)，將振動保護值維持在310 μm，轉(zhuǎn)子過臨界時#2瓦振動 304 μm，升速至3000r/min，振動數(shù)據(jù)見表5。根據(jù)以往經(jīng)驗初步懷疑兩端加重對一階不平衡分量響應(yīng)較小，決定對加重方案進行調(diào)整。隨后，機組進行了閥門嚴密性試驗。在轉(zhuǎn)子降速過臨界時相比加重后首次沖轉(zhuǎn)過臨界振幅大幅下降，且再次定速3000 r/min時，振動數(shù)據(jù)見表6。通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):(1)加重期間導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子臨時彎曲沒有完全恢復(fù);(2)機組盤車時間不足。

由于負荷要求，決定暫時不對機組進行處理并維持現(xiàn)狀運行，由于相位沒有發(fā)生明顯變化，只需再次尋找機會對加重質(zhì)量進行調(diào)整，機組帶負荷后#1，#2瓦振動沒有明顯變化。鑒于機組過臨界振動值仍偏大，因此對機組運行提出以下意見:(1)將機組#1，#2瓦振動保護值維持在300μm，后續(xù)尋找機會進行升降速過臨界試驗，觀察過臨界振動值，如果每次振動重復(fù)性較好，將#1，#2瓦振動保護值調(diào)整為規(guī)定值250 μm;(2)由于轉(zhuǎn)子存在彎曲，轉(zhuǎn)子冷態(tài)和熱態(tài)沖轉(zhuǎn)過臨界時振動差別很大，每次沖轉(zhuǎn)前對比轉(zhuǎn)子停機時偏心，確?；謴?fù)到停機之前的偏心值才可進行沖轉(zhuǎn)。

表5 機組加重后沖轉(zhuǎn)過臨界時振動值μm/μm∠(°)

表6 機組閥門嚴密性試驗過臨界時振動值 μm/μm∠(°)

4 結(jié)束語

機組高中壓轉(zhuǎn)子彎曲導(dǎo)致每次啟機需要上調(diào)振動保護值來沖轉(zhuǎn)過臨界，本文通過動平衡將轉(zhuǎn)子過臨界振動值調(diào)整到了規(guī)定保護值以下。由于現(xiàn)場實際情況，此次動平衡選擇加重響應(yīng)較小的兩端對稱加重方式進行，解決了現(xiàn)場問題。

［1］顧晃.汽輪發(fā)電機組的振動與平衡［M］.2版.北京:中國電力出版社，1998.

［2］寇勝利.汽輪發(fā)電機組的振動及現(xiàn)場平衡［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［3］劉石，楊群發(fā).超臨界600 MW機組振動問題分析與軸系平衡［J］.廣東電力，2007，20(9):43 －46.