600MW機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)大原因分析及處理

張學(xué)濤

摘 要：分析潮州發(fā)電公司#2機(jī)組汽輪機(jī)在正常運(yùn)行工況狀態(tài)下5、6、7號(hào)軸承軸振及瓦振突增的故障，結(jié)合汽輪機(jī)各部件結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式調(diào)整、相關(guān)檢修記錄等，逐一排查可能影響振動(dòng)的原因，發(fā)現(xiàn)問題，采取有效措施解決該類缺陷。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);振動(dòng);軸瓦;葉片;拉筋

前言

潮州發(fā)電公司#2機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的CLN600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子共有六個(gè)徑向支持軸承和一個(gè)推力軸承，1#～6#軸承均為四瓦可傾軸承，推力軸承位于前箱的1#支持軸承外側(cè)，其中高中壓轉(zhuǎn)子、低壓（I）轉(zhuǎn)子、中間軸、低壓（II）轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)刷架小軸，各聯(lián)軸器均為剛性連接。共9個(gè)軸承，#1、#2瓦支承高中壓轉(zhuǎn)子;#3、#4瓦支承低壓（I）轉(zhuǎn)子;#5、#6瓦支承低壓（II）轉(zhuǎn)子;#7、#8、#9瓦共同支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)刷架小軸。#1-#6瓦為四瓦塊可傾瓦，#7、#8瓦為三瓦塊可傾瓦，#9瓦為圓筒瓦。

2020年1月9日，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷350MW，高低壓凝汽器真空（-97.2kPa/-97.8kPa），凝汽器最大背壓4.0kPa，軸封壓力、溫度穩(wěn)定，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)大機(jī)5、6、7號(hào)軸振及瓦振突增，過程報(bào)警及硬光字均無報(bào)警，數(shù)值如下：X方向：5X由 24 μm突增至 31μm后緩慢上漲至 40 μm，基本穩(wěn)定;6X 由101 μm突增至110μm后緩慢上漲至122 μm，基本穩(wěn)定;Y方向： 6Y由 56 μm突增至 66μm后緩慢上漲至 73 μm，基本穩(wěn)定;7Y由 70 μm突增至 74μm后緩慢上漲至 81 μm，基本穩(wěn)定;W方向：5W由 34 μm突增至 37μm后緩慢上漲至 40 μm，基本穩(wěn)定;6W由 37 μm突增至 44μm后緩慢上漲至 50 μm，基本穩(wěn)定;7X由 56 μm緩慢上漲至 60 μm;8X由 43 μm緩慢上漲至 48 μm;

其余軸振、瓦振無明顯變化，就地傾聽大機(jī)低壓缸A無明顯異音，測(cè)得振動(dòng)與DCS一致，檢查凝汽器水位、凝結(jié)水Na濃度、電導(dǎo)無變化，各段抽汽壓力、溫度無明顯變化，停1A循泵，緩慢降真空至（-95.8kPa/-97.4kPa），觀察大機(jī)振動(dòng)逐漸穩(wěn)定。

1 ?原因分析

在#2機(jī)組正常運(yùn)行工況下，參考機(jī)組設(shè)計(jì)圖紙、歷次2號(hào)機(jī)A修檢修記錄、振動(dòng)突增時(shí)數(shù)據(jù)分析、機(jī)組其他運(yùn)行參數(shù)的對(duì)比，使用TDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)可能引起此類振動(dòng)大的因素逐一分析、確認(rèn)、排查，初步判斷此類異常主要由低壓（II）轉(zhuǎn)子不平衡引起。

不平衡是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子最常見的故障。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，制造和安裝誤差，材質(zhì)不均勻，受熱不均勻，運(yùn)行中轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢、零部件的松動(dòng)或脫落等。轉(zhuǎn)子不平衡故障包括：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、初始彎曲、熱態(tài)不平衡、部件脫落、結(jié)垢、聯(lián)軸器不平衡等，不同的原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡故障規(guī)律相近，但也各有特點(diǎn)。

1.1 ?轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，在整個(gè)機(jī)組軸承中均發(fā)生較大的振動(dòng)，在轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)幅值有時(shí)特別明顯地增大，其振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一致，波形為正弦波，以一倍頻振幅為主，其他諧波的振幅較小，頻譜呈樅樹形，定速下幅值穩(wěn)定，相位穩(wěn)定。

1.2 ?轉(zhuǎn)子初始彎曲

初彎轉(zhuǎn)子具有與質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子相似的振動(dòng)特征，所不同的是初彎轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速較低時(shí)振動(dòng)較明顯，趨于初彎值。

1.3 ?熱態(tài)不平衡

在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)及較大負(fù)荷變動(dòng)過程中。由于熱交換速度的差異，使轉(zhuǎn)子橫截面產(chǎn)生不均勻的溫度分布，使轉(zhuǎn)子發(fā)生瞬時(shí)熱彎曲，產(chǎn)生較大的不平衡。熱彎曲引起的振動(dòng)一般與負(fù)荷有關(guān)，改變負(fù)荷，振動(dòng)相應(yīng)地發(fā)生變化，但在時(shí)間上較負(fù)荷的變化滯后。隨著盤車或機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，整體溫度趨于均勻，振動(dòng)會(huì)逐漸減小。

1.4 ?轉(zhuǎn)子部件脫落

運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子部件突然脫落也會(huì)引起轉(zhuǎn)子不平衡，使轉(zhuǎn)子振幅突然發(fā)生變化?？梢詫⒉考撀涫Ш猬F(xiàn)象看作對(duì)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)階躍響應(yīng)。由于瞬態(tài)響應(yīng)最終要衰減為零，因此，部件脫落的主要特征是振動(dòng)會(huì)突然發(fā)生變化后趨于穩(wěn)定，振動(dòng)的振幅一般會(huì)有較明顯的增大，振動(dòng)的相位一般會(huì)有變化。

1.5 ?轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢

如果工質(zhì)的質(zhì)量不合格，隨著時(shí)間的推移，將在轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉和靜葉表面產(chǎn)生塵垢，使轉(zhuǎn)子原有的平衡遭到破壞，振動(dòng)增大。由于結(jié)垢需要相當(dāng)長的時(shí)間，所以振動(dòng)是隨著時(shí)間逐漸增大的。且由于通流條件變差，軸向推力增加，軸向位移增大，機(jī)組級(jí)間壓力逐漸增大，效率逐漸下降。

1.6 ?聯(lián)軸器不平衡

由于制造、安裝的偏差或者動(dòng)平衡時(shí)未考慮聯(lián)軸器的影響，可能使聯(lián)軸器產(chǎn)生不平衡。聯(lián)軸器不平衡具有與質(zhì)量不平衡相似的振動(dòng)特征，通常是聯(lián)軸器兩端軸承的振動(dòng)較大，相位基本相同。

綜上所述，結(jié)合機(jī)組以往振動(dòng)大案例和咨詢其他相同型號(hào)汽輪機(jī)廠家，基本確定為低壓（II）轉(zhuǎn)子相關(guān)部件松脫導(dǎo)致振動(dòng)異常。

2 ?過程處理及效果

2020年1月10日，2號(hào)機(jī)組停機(jī)，打開低壓缸人孔檢查發(fā)現(xiàn)，低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片拉筋有一處裂紋，揭缸檢查轉(zhuǎn)子其他部件無異常，修補(bǔ)拉筋裂紋后回裝，機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)至并網(wǎng)600MW負(fù)荷1至6號(hào)軸承軸振及瓦振恢復(fù)正常。

3 ?結(jié)束語

振動(dòng)產(chǎn)生的原因多種多樣且十分復(fù)雜，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，根據(jù)異常分析，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)電廠的正常運(yùn)行。