给水泵汽轮机振动大跳闸原因分析及防范措施

汪杰斌，章遐林，杨 斌，王 启

(1.国投宣城发电有限责任公司，安徽 宣城 242052；2.安徽池州九华发电有限公司，安徽 池州 247103)

某发电公司300 MW燃煤发电机组配备的给水泵汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的单缸、单流、整锻单轴、冲动式、纯凝汽、新汽内切换式变参数、变功率、变转速汽轮机，其转子临界转速：一阶为2 550 r/min；二阶为12 200 r/min。给水泵汽轮机是大型火电厂关键辅助设备，它的安全经济运行对火电厂是至关重要的，给水泵汽轮机跳闸，轻则要降低机组出力运行，重则会造成锅炉断水烧干锅，必须引起足够的重视。

1 事件概述

2006-05-05T11:18:36，1号机组负荷310 MW，A，B汽动给水泵运行，转速分别为5 165 r/min和5 159 r/min，电动给水泵备用，联锁保护、抢水保护投用。11:25:29，发生B汽动给水泵跳闸，C电动给水泵未联启，手动强启C电动给水泵，控制汽包水位；11:26:00，A汽动给水泵在C电动给水泵启动过程中转速升至最高5 450 r/min；11:26:36，水位最低下降至－310 mm后开始回升。经事后检查，B给水泵汽轮机前轴承振动大造成振动保护动作跳机；其他3个轴承振动都有明显增长；各瓦金属温度、供油压力、供回油温度、轴向位移、胀差等参数均未见异常。

2006-05-05T14:26:10，1号机B汽动给水泵重新启动试运转，检查未见异常，振动情况正常。16:48，B汽动给水泵并入系统，退出C电动给水泵运行。

2006-05-18T17:24:55，1号机组给水进行RB试验，负荷270 MW，A，B汽动给水泵运行，C电动给水泵备用，联锁保护、抢水保护投入当按试验方案手动打闸A汽动给水泵，C电动给水泵联启正常，但由于B汽动给水泵给水流量下降，转速上升至5 370 r/min,，B给水泵汽轮机前轴承振动迅速增加至0.125 mm，振动保护动作跳闸，给水RB动作正常，减负荷至160 MW。

2 原因分析

1号机组B给水泵汽轮机(以下简称“1B给水泵汽轮机”)跳闸时其他相关参数：润滑油压力为0.20 MPa，润滑油温度为40.14 ℃，凝汽器真空为-92.24 kPa，B小机前轴承温度为52.97 ℃，B小机轴向位移为-0.35 mm，B小机低压进汽压力为0.73 MPa，B小机高压进汽压力为17.02 MPa。

1B给水泵汽轮机跳闸前后除轴承振动以外，其他参数没有任何异常。1B给水泵汽轮机转速在5 200 r/min以下时，工作情况良好，转速在5 300 r/min时，失稳，引起共振。振动由1B给水泵汽轮机前轴承向后3个轴承辐射，应属于典型的轴瓦自激振动。

汽轮机转速高于2倍一阶临界转速时发生的轴瓦自激振动，称为油膜振荡。轴承载荷小或偏心率小的转子，容易发生油膜振荡。油膜振荡故障的发生和消失具有突然性，并具有惯性效应，即升速时产生振荡的转速比降速时振荡消失的转速要大。油膜振荡故障发生时，油膜经历了破坏—建立—破坏—建立……这样的反复过程，轴颈和轴承不断碰磨，轴瓦内油膜压力有较大波动。发生油膜振荡时，转轴跳动非常剧烈，而且不是1个轴承，而是整个机组的所有轴承都出现激烈的振动，在机组附近还可以听到“咚咚”的撞击声，振动频率与一阶临界转速接近，引起共振，振动表现强烈。

调阅历史数据，1B给水泵汽轮机转子实际一阶临界转速约为2 650 r/min，1B给水泵汽轮机振动发生时的振动频谱的频谱特征也基本与轴瓦油膜振荡的频谱特征相吻合，即轴瓦发生油膜振荡时，其振动的主要频率成分近似等于该转子系统的第一临界转速频率。对于油膜振荡故障，还可以从振动信号中提取如下征兆：振动的0.8～1.0倍频成分较大。从1号机组启动至今，由于循环水温度低，机组真空较高，带最大负荷时，汽动给水泵转速都在5 200 r/min以下，所以1B给水泵汽轮机均未发生过跳闸。

综上所述，1B给水泵汽轮机振动现象与汽轮机轴承油膜振荡特征相吻合。通过2006-05-05 1B给水泵汽轮机跳闸现象和历史记录数据分析，判定1B给水泵汽轮机振动保护动作跳闸是由1B给水泵汽轮机轴承油膜振荡引起的。

3 防范措施

为了防止和消除油膜振荡，可以采取以下措施。

(1) 增加轴承比压。增加轴承比压就是增加在轴瓦单位垂直投影面积上的轴承载荷，从而提高轴承工作的稳定性。增加轴承比压最方便的办法是调整联轴器中心。这种方法的缺点是高速幅度有限，只适用于刚性和半挠性联轴器附近的轴瓦。在现场应用最多的方法是缩短轴瓦长度，即降低长颈比。

(2) 降低润滑油的粘度。最快捷的办法是提高轴瓦进油温度。

(3) 减少轴瓦顶部间隙，扩大两侧间隙，即增加轴承的椭圆度。

(4) 增大上瓦的乌金宽度，以便形成油膜，增加轴瓦的稳定性。

(5) 换用稳定性好的轴瓦，如，可倾瓦。

(6) 充分平衡同相的不平衡分量。

电厂消除油膜振荡基本上都是从提高轴瓦的工作稳定性和减小转轴对轴承的扰动力这2个方面来措取措施的。

通过追踪1B汽动给水泵汽轮机跳闸发生、发展的全过程，全面审视各项操作和抄表记录，研究、分析了振动变化的诱发因素和运行操作的合理性与安全性，特提出以下防范措施。

3.1 运行技术措施

(1) 加强对1号机B给水泵汽轮机的振动监视。

(2) 1B给水泵汽轮机运行时，控制转速在5 200 r/min以下。

(3) 联系热控专业人员，在逻辑中限制1B给水泵汽轮机转速最高5 200 r/min。

(4) 1B给水泵汽轮机转速超过5 100 r/min时，做好1B给水泵汽轮机跳闸事故预想。

(5) 提高1B给水泵汽轮机轴瓦进油温度。

3.2 检修技术措施

(1) 加强对1B给水泵汽轮机的测振及分析，提出改造方案。

(2) 停机检修，对1B给水泵汽轮机前轴承进行检查，调整轴瓦顶部间隙，将其顶部间隙减少至轴颈直径的1.2 ‰～1.5 ‰，同时刮大轴瓦两侧间隙或将上瓦的乌金加宽，由此可以显著增加上瓦油膜力，提高轴瓦偏心率，增加轴瓦稳定性，消除油膜振荡。

通过以上运行与检修技术措施的执行，特别是检修技术措施的实施，彻底消除了1B给水泵汽轮机轴承的油膜振荡。

1 李录平.汽轮机组故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2002.

2 施维新.汽轮发电机组振动及事故[M].北京：中国电力出版社，1999.

3 傅正祥.汽轮机设备运行[M].北京：中国电力出版社，1997.