汽轮机异常振动的分析和治理

2011-04-12王玉平

科学之友 2011年8期

王玉平

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西神木 719319）

随着我国经济的快速发展，对电力供应提出了更高的要求。为了保障城市经济的发展与居民用电的稳定，加强汽轮机组日常保养与维护，保障城市供电已经成为了火力发电厂维护部门的重要任务。汽轮机作为火电厂中三大主要设备之一，其安全运行、检修与维护是发电厂正常运作的重中之重。然而，在正常运行中，汽轮机异常振动是所有电力行业人员面对的最常见也是最难解决的的问题，本文重点阐述神华陕西国华锦界能源有限责任公司#1机组汽轮机振动偏大的治理和排除，结合生产现场提出并总结处理措施，以供参考。

1 设备介绍

1.1 汽轮机概述

本汽轮机采用上海汽轮机有限公司设计制造的亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。高中压部分采用合缸顺流结构，低压部分采用双流反向结构。汽轮机型号为：N600－16.7/537/537。

本汽轮机属于反动式汽轮机，汽轮机的低压轴承座为了适应空冷机组背压变化大的特性，均采用落地式布置，以减小由于温度变化引起的轴承标高变化。两个低压缸和中轴承座Ⅰ、中轴承座Ⅱ、后轴承座均为固定布置。低压缸的死点处于汽轮机轴线方向距离低压缸排汽中心线600 mm并朝向调阀端的一点。中轴承座Ⅰ、中轴承座Ⅱ、后轴承座的中部也均有固定轴向和横向位置的锚固板。

高中压转子的1、2号轴承和低压转子的3、4、5、6号轴承采用可倾瓦式，它具有良好的稳定性，可避免油膜振荡。推力轴承采用自位式，它能自动调整推力瓦块负荷，稳定性好。此外，通过推力轴承壳体的定位机构，可测量并调整推力轴承的间隙。高中压转子与低压转子之间及两根低压转子之间、低压转子与发电机转子之间都采用刚性联轴器连接。

1.2 汽轮发电机组轴振动限值

我厂规定振动超过125 μm报警，振动到254 μm且相邻瓦到报警值时，机组跳闸。

表1 ISO/DIS79110－2《旋转机器轴振动的测量与评定——第二部分：大型汽轮发电机组应用指南》对汽轮机振动

2 存在问题

国华锦界电厂#1机组至投产以来#2轴承振动相对偏大，正常运行中长期处于报警状态，在机组启动过临界转速的时候，振动值很大超出了不合格的范围，曾经出现过机组启动过程中，振动值大，转速不能到达3 000 r/min而定速的局面。严重影响国华锦界#1机组汽轮机安全运行及本单位的经济效益。

3 原因分析

造成汽轮机组异常振动的原因是多方面的，跟机体有关的任何一个设备或者是媒介都有可能是引起汽轮机组振动的原因所在，例如进汽参数、油温、疏水、油质、转子热变形、发电机电磁影响等。总之，有以下几方面原因：

3.1 测振动仪表的准确度

监视振动的仪表和监视系统主要包括框架、电源、系统监视器和其他监视器及配套传感器。监视器主要是双通道轴振动监视器，其主要部件是振动探头和转换仪器。这些部件中只要任何一个有问题，汽轮机的轴振动就会变化，影响汽轮机的监视，更影响机组安全。

3.2 汽流激振

对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；在检查汽轮机组产生异常振动的类型是否属于汽流激振的时候可以依据两个方面来判断，其一是机组出现大量值的低频分量；其二是运行参数能够明显的影响振动的增大幅度，而且这种增大应该是突发性的，如负荷等，所以汽轮机运行时应尽量在额定参数下运行，避免在低温低压区域长时间运行，而且负荷不宜波运太大，升降负荷时要控制好升负荷率。

3.3 转子不平衡

由于转子在转动的时候会有离心力的作用，所以如果转子在没有达到动平衡的情况下，容易在某个方向振动异常大而且比较明显。这个动不平衡的问题可以通过动平衡试验，往转子上加平衡块的方法来解决。因动平衡试验比较复杂，这里就不详细说明了。

3.4 转子热变形

机组转子热变形原因很多，如转子自身热应力、运行中气缸进水、进冷空气以及动静摩擦、中心孔进油、发电机转子冷却不均匀等。在机组冷态启机定速后的带负荷阶段，这个时候转子温度是逐渐升高的，而材质内应力的释放会引起转子的热变形，带来一倍频振动的增大，当然同时也有可能伴随着相位的变化。因此导致转子弯曲变形从而形成汽轮机组的异常振动。根据以上原理，可以得出针对转子热变形的故障处理方式，即时常更换新的转子以减少汽轮机组的异常振动，从根源上断绝问题出现的可能性，因为没有了振动的产生，汽轮机组也就不会有异常振动了。

3.5 润滑、顶轴油未调好

油膜对转子的正常运作有着不可或缺的作用，它能够润滑滑动轴承，使转子在运作时保持稳定性。因此当大机组顶轴油没有调好的时候，油膜就无法很好地起到其应有的作用，当汽机冲转的时候油膜容易被破坏掉，引起汽轮机振动偏大甚至烧瓦。所以顶轴油要调好，溢流孔要锁紧，巡检也要经常巡视。

3.6 轴承间隙不合适

轴承间隙的大小如果不合适也会引起汽轮机组的异常振动。轴承间隙过大，会使运行中轴承振动不稳，扰动不均，容易使振动不断增大从而影响机组运行。所以在机器安装之初就要检查好轴承间隙是否符合标准，以确保机器的正常运行。

3.7 摩擦振动

在机器运行的过程中，摩擦是不可避免的，但是对于汽轮机中的转子来说，正常的摩擦产生的抖动和涡动等现象对机器本身的运转所造成的影响是不会很大的，影响最大的主要是摩擦所带来的转子热弯曲。造成转子热弯曲的主要原因是在动静摩擦的时候，圆周上面的各个点所产生的摩擦程度是不同的，这也就导致了摩擦后会产生温差，最终使转子由于受热不均而产生弯曲，产生影响汽轮机组正常运作的异常振动。这就要求在生产中要及时检查转子的工作情况以及是否产生变形，一旦发现问题要及时解决，以免产生更大的隐患。

3.8 高中压缸推力不平衡

只有在保证高排后压力与中压排气压力相等的情况下，才会产生平衡的轴向推力，而平衡的轴向推力也是保证汽轮机组正常运行的必要条件。因此一旦高中压缸推力不平衡，例如某一温度测点或者是压力测点出现漏气的情况，就会产生问题，最终造成汽轮机组的异常振动。

3.9 发电机电磁系统引起振动

如发电机转子与静子之间空气间隙不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组的振动。

4 轴振动异常治理过程及措施

针对以上原因，国华锦界集控运行专业、汽机专业、热控专业、电气专业根据生产现场的实际情况制定了以下处理方法。

4.1 检查维护测振动仪表

国华锦界汽机专业、热控专业联手对振动仪表进行了检查和维护，保证了监视的准确性。

4.2 优化汽轮机启停操作及运行规定

结合现场的生产实际，国华电厂对机组启停的操作步序和要求进行了更加严谨系统的要求，尤其是对汽轮机冲转参数，汽轮机启动前辅助系统投入，诸如润滑油系统、顶轴油系统、密封油系统、盘车、轴封系统以及各高中低压疏水系统等的投入作出了明确的规定，确保启动过程中的安全。对于汽轮机停机过程中的操作，诸如降压降温速度、汽机辅助退出作出了更加明确的要求，对于汽轮机停止后防止冷汽水进入汽机的操作进行了详实的规定。同时对正常运行中，汽轮机的各个系统的操作、维护进行了详实的规定，这样从运行的角度规避了由于汽流激振，转子热变形，润滑、顶轴油未调好导致的轴振动大。更在一定程度上避免了由于受热不均摩擦振动的出现。

4.3 减少由于电磁原因引起的振动

发电机转子与静子之间空气间隙不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组的振动。然而，国华锦界电厂属于长距离输电只有2条，且输电线路长达500 km，线路故障的几率大，电磁对汽轮发电机的轴振动很大。2009年成功投入了次同步谐振动态稳定器 SSR－DS系统 SubSynchrousResonance DynamicStatiblizer，利用传统的SVC设备（包括晶闸管控制电抗器（TCR）、三次谐波滤波器（H3）、五次谐波滤波器（H5）等设备及附属冷却系统），引入发电机组轴系的转速信号作为输入控制信号之一，组成与SVC调节目标不相同的调节装置，在系统发生次同步谐振发电机转速发生变化时，转速变化量输入调节装置，通过调节晶闸管的导通角度改变装置接入系统的阻抗，即增加系统的阻尼，来破坏电气系统与机械系统之间的谐振条件，从而达到抑制次同步谐振、提高发电机组轴系安全的目的，这样最大程度降低了电磁对轴振动的影响。