汽輪機(jī)順序閥運(yùn)行期間軸振大原因分析與處理

張林

摘 要：汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)大小，是用來(lái)評(píng)價(jià)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的重要指標(biāo)。對(duì)于汽輪發(fā)電組來(lái)說(shuō)，機(jī)組輕微的振動(dòng)是無(wú)法避免的，只要保證振動(dòng)的幅值不超過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)屬于正常振動(dòng)。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行沒(méi)有很大的影響，但是當(dāng)振動(dòng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值后，對(duì)整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組都面對(duì)著設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此，針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因的分析與處理就顯得尤為重要。特別對(duì)于新安裝、檢修后的機(jī)組，必須經(jīng)過(guò)機(jī)組試運(yùn)，確認(rèn)各瓦振、軸振在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，方可將啟動(dòng)機(jī)組并投入運(yùn)行。如發(fā)現(xiàn)有振動(dòng)超標(biāo)的必須查找原因，和采取有效措施將振動(dòng)降到合格范圍內(nèi)，才可投入正常運(yùn)行。本文介紹了某發(fā)電廠出現(xiàn)的多次軸振大的情況及處理過(guò)程，并對(duì)汽輪機(jī)組低頻振動(dòng)形式的特點(diǎn)和原因進(jìn)行了介紹和分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);低頻振動(dòng);汽流激振

1 某發(fā)電廠機(jī)組振動(dòng)情況

某發(fā)電廠#2機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、中間一次再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、8級(jí)回?zé)?、反?dòng)式汽輪機(jī)，額定出力600MW，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。汽輪機(jī)軸系部分由1根高中壓轉(zhuǎn)子、2根低壓轉(zhuǎn)子等組成，2根低壓轉(zhuǎn)子通過(guò)1根中間軸連接。高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的徑向軸承（#1-#6，#9）都采用可傾瓦軸承，#7和#8軸承采用橢圓瓦軸承。#2汽輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)試期間，一直存在著單閥切換為順序閥運(yùn)時(shí)，1號(hào)軸頸軸振大問(wèn)題，且單閥運(yùn)行時(shí)1X向一直存在有不穩(wěn)定跳變。

機(jī)組投產(chǎn)后，為滿足#2機(jī)安全運(yùn)行，一直采用單閥運(yùn)行方式。2017年11月27日，嘗試再次對(duì)#2汽輪機(jī)進(jìn)行單閥切順序閥運(yùn)行，11：44負(fù)荷450MW，開(kāi)始進(jìn)行單閥切順序閥，鍋爐開(kāi)始升壓，11：59#2高調(diào)門關(guān)至10%， #1軸承溫度升至84攝氏度，繼續(xù)升壓， #1高調(diào)門開(kāi)始關(guān)閉，關(guān)至30%時(shí)， 軸承溫度升至105攝氏度（標(biāo)準(zhǔn)：107-113℃）時(shí)，停止升壓，取消切閥工作。

2018年3月電廠汽機(jī)專業(yè)試圖通過(guò)將#2機(jī)閥序由3/4-1-2更改為3/4-2-1、1/2-3-4（現(xiàn)場(chǎng)調(diào)閥布局圖1），在單閥切順序閥運(yùn)行過(guò)程中，#1軸徑軸振有少量變化，但還是存在有不穩(wěn)定跳變現(xiàn)象。

2018年5月小修期間對(duì)#1瓦進(jìn)行翻瓦檢查，發(fā)現(xiàn)下瓦左側(cè)瓦塊有磨痕、右側(cè)瓦塊有偏磨現(xiàn)象，上瓦左側(cè)瓦塊有輕微偏磨，將軸瓦偏磨處重新修刮，并對(duì)軸瓦烏金采用著色探傷檢查，確認(rèn)鎢金無(wú)裂紋、脫胎等缺陷后，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸瓦各個(gè)間隙進(jìn)行調(diào)整并回裝。

#2機(jī)小修工作結(jié)束后，于2018年6月6日10時(shí)35分在機(jī)組啟動(dòng)并運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)行單閥切順閥運(yùn)行，當(dāng)時(shí)#2機(jī)組負(fù)荷600MW，閥序#1/#2-#3-#4，下進(jìn)汽。#1軸徑軸振X方向最大199μm，Y方向最大121μm，持續(xù)時(shí)間1秒（#1、#2調(diào)閥全開(kāi)，#3調(diào)閥47%、#4調(diào)閥4%），潤(rùn)滑油溫度正常。22：40順閥切至單閥運(yùn)行，（用先全開(kāi)高調(diào)閥再切閥的方式）切換過(guò)程中大機(jī)軸承溫度和振動(dòng)均無(wú)明顯變化，正常。觀察至23：10，#1軸承振動(dòng)X方向最大60μm，Y方向最大40μm。

2 機(jī)組低頻振動(dòng)的原因和分析

機(jī)組在運(yùn)行期間通過(guò)在機(jī)組TDM在線檢測(cè)系統(tǒng)查看后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組低頻振動(dòng)主要發(fā)生在#2機(jī)高中壓缸轉(zhuǎn)子上1X向偏大，但從主頻來(lái)看，一般在0.38X低頻振動(dòng)為主。一般引起低頻振動(dòng)主要與軸承油膜振蕩和汽流激振有很大關(guān)系，軸承油膜振蕩和汽流激振是汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中軸系最容易發(fā)生的兩種不穩(wěn)定自激振動(dòng)。一般為不穩(wěn)定的振動(dòng)特征，均為低頻振動(dòng)，造成的危害較大。油膜振蕩產(chǎn)生的振動(dòng)主要與機(jī)組安裝、檢修期間軸瓦烏金和軸瓦間隙、參數(shù)以及潤(rùn)滑油溫度等其他外界基礎(chǔ)管道振動(dòng)因素有很大影響，汽流激振則通常與機(jī)組的負(fù)荷、葉片、隔板軸封的間隙等有關(guān)，主要產(chǎn)生于大容量高參數(shù)機(jī)組的高壓中壓轉(zhuǎn)子上。

低頻振動(dòng)與油膜壓力的大小、潤(rùn)滑油溫度、軸瓦的結(jié)構(gòu)形式和軸瓦安裝、檢修數(shù)據(jù)等都有很大的關(guān)系，機(jī)組油膜壓力的大小可以反應(yīng)軸承的負(fù)載。油膜壓力小，負(fù)載輕，極可能導(dǎo)致機(jī)組低頻振動(dòng)的發(fā)生，解決。低頻振動(dòng)還與汽流激振有關(guān)，汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量;二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來(lái)流沖擊就會(huì)發(fā)生汽流激振;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;軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。

從機(jī)組結(jié)構(gòu)形式考慮，該類型機(jī)組#1軸承為可傾瓦，小修期間對(duì)#1軸承進(jìn)行翻出檢查，使用著色法對(duì)軸瓦鎢金進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)鎢金有脫胎現(xiàn)象。通過(guò)在線DCS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)回油溫度進(jìn)行查看，未發(fā)現(xiàn)異常。

3 汽流激振的特征

汽流激振是自激振動(dòng)，其振動(dòng)的主要形態(tài)為周期性的振動(dòng)，該振動(dòng)頻率應(yīng)是一定的，其頻譜一般是離散譜。其主要特征是：具有良好的再現(xiàn)性，既：當(dāng)新蒸汽壓力流量（機(jī)組負(fù)荷）增加時(shí)，低頻振幅隨新蒸汽的增加而加大。當(dāng)新蒸汽壓力流量（機(jī)組負(fù)荷）降低到某一數(shù)值時(shí)，低頻振幅恢復(fù)正常，該振動(dòng)發(fā)生突變拐點(diǎn)處的振動(dòng)值，一般稱為門檻值。汽流激振一般還與調(diào)門的閥序、閥門重疊度有關(guān)，在某個(gè)調(diào)門開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，低頻振動(dòng)幅值也隨之而增大或變小，但無(wú)拐點(diǎn)突變現(xiàn)象，低頻振動(dòng)幅值也不大。此時(shí)，低頻振動(dòng)其振幅低于拐地時(shí)依然存在，雖有明顯減小，卻并不消失。當(dāng)發(fā)生汽流激振時(shí)，大部分機(jī)組單閥運(yùn)行低頻振動(dòng)明顯小于順序閥運(yùn)行。

4 消除振動(dòng)辦法

由汽流激振的特征可知，通過(guò)改變調(diào)門的閥序有效的避免轉(zhuǎn)子在單側(cè)進(jìn)汽下，發(fā)生徑向偏移和引起周向力矩不平衡。再者，從上述振動(dòng)狀況來(lái)看，機(jī)組主要在單閥切順序閥時(shí)，極易造成1瓦軸振偏大現(xiàn)象，軸振隨高調(diào)門逐漸啟閉而急劇變化，以致超過(guò)了振動(dòng)報(bào)警值，該類汽輪機(jī)順序閥的形式是根據(jù)西屋公司的推薦，采用3-4-1-2（3、4同時(shí)開(kāi)啟）的形式。也就造成在閥切換過(guò)程中出現(xiàn)了瓦溫升高，振動(dòng)也隨之急劇變化。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥序和閥門重疊度進(jìn)行重新設(shè)定，具體調(diào)整：將閥門重疊度調(diào)整為10%，將閥序改為1/2-4-3，并進(jìn)行了單閥切順序閥試驗(yàn)，#1瓦頻軸振由之前1X向跳變最大值199um降至88um（標(biāo)準(zhǔn)：127um-254um）。

5 振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)

目前大型機(jī)組都裝有軸系監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，為振動(dòng)監(jiān)測(cè)及分析創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)于振動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)，首先要做好記錄工作，以便在發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，找出誘發(fā)振動(dòng)的原因。如果在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常，應(yīng)馬上派人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和測(cè)量，如果振動(dòng)確實(shí)超過(guò)了規(guī)定限值，應(yīng)做到及時(shí)停機(jī)，防止對(duì)機(jī)組造成損壞;對(duì)于未超過(guò)限值的振動(dòng)異常增大，要及時(shí)查找原因，并采取措施，防止振動(dòng)繼續(xù)增大。如果在線監(jiān)測(cè)儀表未出現(xiàn)異常變化，但現(xiàn)場(chǎng)人員聽(tīng)到汽輪機(jī)組有異常聲響時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行停機(jī)檢查，防止葉片脫落或有異物進(jìn)去汽輪機(jī)，對(duì)汽輪機(jī)組造成破壞。

6 結(jié)束語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因是十分復(fù)雜的，而且每個(gè)汽輪機(jī)組的情況也都不同，因此需要針對(duì)每一個(gè)機(jī)組，進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，找出振動(dòng)的規(guī)律，做好記錄工作，結(jié)合運(yùn)行與檢修時(shí)的資料，進(jìn)行綜合分析，才能找到振動(dòng)的原因，加以消除。在機(jī)組檢修和安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)做好軸系揚(yáng)度、軸瓦緊力和機(jī)組負(fù)荷分配的控制工作，確保機(jī)組正常負(fù)荷工況下軸瓦穩(wěn)定性能良好，并對(duì)汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子葉頂封、隔板汽封間隙按要求進(jìn)行調(diào)整，防止汽封間隙過(guò)大，在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行期間，造成汽流激振的發(fā)生。本次是通過(guò)改變高壓調(diào)閥閥序和閥門重疊度的方法，基本避免了突發(fā)性的振動(dòng)發(fā)生，但是在生產(chǎn)運(yùn)行中，還必須做好振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作。避免異常振動(dòng)的發(fā)生，確保整個(gè)汽輪發(fā)電組的的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]施維新.輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].中國(guó)電力出版社，1999.

[2]張學(xué)延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機(jī)汽流激振問(wèn)題的分析和處理[J].熱力發(fā)電，2004，33（02）：47-55.

[3]趙珣.汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因分析及其解決方法[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009（16）：173-174.

[4]蔡偉.大型汽輪機(jī)組油膜振蕩的分析與處理[J].中國(guó)重型裝備， 2008（03）：44-47.