汽流激振機理探討及某660 MW汽輪機故障分析及對策

柴保桐，傅行軍，郭　嘉

（1.東南大學(xué)火電機組振動國家工程研究中心，江蘇南京210096；2.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031）

汽流激振機理探討及某660 MW汽輪機故障分析及對策

柴保桐1，傅行軍1，郭嘉2

（1.東南大學(xué)火電機組振動國家工程研究中心，江蘇南京210096；2.國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031）

在介紹汽流激振故障發(fā)生機理及特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合某電廠660 MW機組在順序閥帶大負(fù)荷時1瓦和2瓦出現(xiàn)較大低頻振動的實例，分析了降負(fù)荷試驗時的頻譜圖和振動特征，并提出了處理方案。通過調(diào)整進汽閥序和1瓦、2瓦標(biāo)高，基本解決了低頻振動問題。

軸系穩(wěn)定性；汽流激振；閥序；軸承標(biāo)高

隨著汽輪發(fā)電機組向超臨界/超超臨界機組的方向發(fā)展，高蒸汽參數(shù)導(dǎo)致高壓缸進汽流速增加、密度增大，作用在高壓（或高中壓）轉(zhuǎn)子上的汽流力也隨之增大，汽流激振問題變得越來越突出。近年來，我國汽流激振問題也比較突出［1］，對發(fā)電企業(yè)和社會造成了巨大的經(jīng)濟損失。

1　汽流激振機理及特征

1.1汽流激振機理

目前研究表明，由于蒸汽在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上形成一個切向力，該力作用在轉(zhuǎn)子偏心垂直方向上而且與轉(zhuǎn)子線速度方向同向，若在一個振動周期內(nèi)，該系統(tǒng)阻尼消耗的能量小于此力所做的功，有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，形成汽流激振。通常汽流激振力主要來自以下3個方面［2］：（1）葉頂間隙激振力；（2）密封流體力；（3）作用在轉(zhuǎn)子上的靜態(tài)蒸汽力。

1.2汽流激振故障特征

（1）對負(fù)荷變化較敏感，且一般發(fā)生在較高負(fù)荷。突發(fā)性振動通常存在一個門檻負(fù)荷，超過該負(fù)荷，立即激發(fā)汽流激振，而負(fù)荷降至某一數(shù)值以下，振動可恢復(fù)正常，具有較好的重復(fù)性［2］。

（2）汽流激振引起的振動通常與調(diào)節(jié)閥的開度和開啟順序有關(guān)，而與工作轉(zhuǎn)速無關(guān)。通過調(diào)整閥門開啟順序能夠減小或避免低頻振動幅值。

（3）汽流激振的振動頻率等于轉(zhuǎn)子固有頻率，大多數(shù)情況下，以接近工作轉(zhuǎn)速一半的頻率分量為主。

2　某660 MW機組汽流激振實例分析

2.1機組概況

某電廠660 MW 1號機組型號為N660-24.2/566/ 566。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓1、2號轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子構(gòu)成，共9個瓦支撐。機組閥門布置見圖1，軸系見圖2，機組順序閥調(diào)門順序為Ⅳ+Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ。

圖2　機組軸系

2.2振動情況

機組在順序閥帶大負(fù)荷運行過程中，1瓦和2瓦均出現(xiàn)較大的低頻振動。根據(jù)機組振動情況，現(xiàn)場決定進行降負(fù)荷試驗。

11:30開始，機組從630 MW以順序閥Ⅳ+Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ方式降負(fù)荷，并監(jiān)測軸系振動情況，振動數(shù)據(jù)、瓦溫情況見表1、表2，頻譜圖如圖3、圖4和圖5所示。

表1　降負(fù)荷時各瓦振動數(shù)據(jù)μm/μm∠°

表2　降負(fù)荷過程中各瓦瓦溫℃/℃

2.3振動特征及故障分析

機組順序閥運行時，當(dāng)負(fù)荷低于400 MW，沒有出現(xiàn)低頻振動而高于此負(fù)荷時，1瓦和2瓦開始出現(xiàn)比較明顯的低頻分量，但振動仍以工頻為主，如圖5所示。隨著負(fù)荷增加，振動逐漸增大，490 MW時，1瓦的低頻振動幅值超過工頻，成為主要振動且低頻分量為25 Hz，如圖4所示。由于該機組屬于大容量高參數(shù)超臨界機組，且振動與所帶負(fù)荷密切相關(guān)，當(dāng)負(fù)荷大于430 MW之后，低頻振動頻率以半頻為主，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，故判斷故障為汽流激振。造成汽流激振失穩(wěn)的原因可分為2個部分［3］：（1）軸系穩(wěn)定性差；（2）汽流作用在轉(zhuǎn)子上的失穩(wěn)力較大。

機組在順序閥Ⅳ+Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ方式運行時出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，其原因可能是在順序閥下運行時產(chǎn)生一個作用在轉(zhuǎn)子方向上的剩余汽流力，該力減輕了軸承載荷，降低了軸系穩(wěn)定性，引發(fā)失穩(wěn)。此外1、2瓦承載載荷分布不合理也會導(dǎo)致軸系穩(wěn)定性變差。

圖6　15∶00時320 MW負(fù)荷1Y頻譜

2.4處理方案

根據(jù)汽流激振產(chǎn)生機理并結(jié)合該機組實際振動情況，可從提高軸系穩(wěn)定性和減小汽流激振力兩方面采取相應(yīng)措施：（1）提高軸系穩(wěn)定性。將1瓦標(biāo)高抬高80 μm，將2瓦標(biāo)高降低100 μm。（2）減小汽流激振力。調(diào)整閥門開啟順序，避免或減小汽流激振低頻振動幅值。建議進汽閥序順序改為Ⅰ+Ⅱ→Ⅳ→Ⅲ或Ⅲ+Ⅱ→Ⅳ→Ⅰ。（3）有條件盡量調(diào)整高中壓轉(zhuǎn)子通流部分動靜間隙，使其間隙均勻。方案實施后，機組在以順序閥Ⅲ+Ⅱ→Ⅳ→Ⅰ方式帶大負(fù)荷運行，振動明顯降低，汽流激振現(xiàn)象也明顯減弱。

3　結(jié)束語

該機組產(chǎn)生的汽流激振頻率以0.5X為主，對負(fù)荷變化較敏感，與機組的配汽控制、閥門開啟順序有一定關(guān)聯(lián)。通過調(diào)整1瓦、2瓦的標(biāo)高和改變進汽順序，實施該方案后振動明顯降低，取得了較好的效果。由于電廠工期的原因，未能及時調(diào)整動靜間隙，建議以后大修時對高中壓轉(zhuǎn)子通流部分進行檢查調(diào)整，以便徹底消除汽流激振現(xiàn)象。

［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，2007：131-132.

［2］張學(xué)延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機汽流激振問題的分析和處理［J］.熱力發(fā)電，2004，33（2）：47-55.

［3］姜廣政，傅行軍.汽流激振機理分析及某330 MW汽輪機故障處理［J］.江蘇電機工程，2014，33（2）：15-16.

Steam-exited Vibration Mechanism Analyzing and Fault Processing and Countermeasures of a Certain 660 MW Steam Turbine

CHAI Baotong1，F(xiàn)U Xingjun1，GUO Jia2
（1.National Engineering Research Center of Turbo-generator Vibration，Southeast University，Nanjing 210096，China；2.China Electric Power Research Institute of Science and Technology，Nanjing 210031，China）

The characteristics and mechanism of steam-exited vibration fault were discussed in this paper.At a high load，larger half-frequency vibration occurred in NO.1 and NO.2 bearing of one 660MW steam turbine.Based on the further analysis on the frequency spectrum of valve test and vibration characteristics，it was deduced that the vibration was caused by steam-exited vibration.By adjusting the valve and the elevation of NO.1 and NO.2 bearing，we basically solved the turbine vibration.

the shafting stability；steam-excited vibration；valve；height of bearing

TK268

B

1009-0665（2015）01-0073-02

2014-08-30；

2014-10-17

柴保桐（1988），男，山東聊城人，碩士研究生，研究方向為汽輪機故障診斷；

傅行軍（1962），男，江蘇溧水人，教授，研究方向為汽輪機故障診斷；

郭嘉（1988），男，江蘇揚州人，碩士研究生，研究方向為汽輪機故障診斷。