影响600MW亚临界汽轮机组振动异常波动的几点因素及处理

郭炜

摘 要：某火力发电厂600MW亚临界汽轮机组#2、#3轴瓦“X”向轴振持续呈不定期波动现象，波动峰值最大达到182um，其他各瓦振动值也随之摆动，严重影响机组运行安全。运行中采取改变高压调节阀阀序，改变轴承负载，达到降低轴承振动，稳定机组运行的目的。停机检修后发现可倾瓦支持销销孔磨损，弹簧断裂，更换备件并调整轴瓦间隙后机组振动恢复正常。

关键词：汽轮机；高调阀阀序；可倾瓦；振动

前言

某电厂#7机组、#8机组为哈尔滨汽轮机有限公司生产的2×600MW亚临界，一次中间再热、单轴、三缸四排汽、间接空冷凝汽式机组，型号为NJK600-16.7/538/538。#8机组于2007年7月投产发电，2008年9月至11月完成第一次检查性大修（A级检修）。2012年4月至10月间，#8机组在运行过程中发现#2轴瓦、#3轴瓦X向轴振呈间歇性、无规律波动，且振幅逐渐增大，2X向轴振最大值达182um。通过采取调整高调阀阀序，停机更换可倾瓦瓦块、弹簧，调整瓦顶间隙、轴瓦紧力等措施，有效降低了机组振动。

1 设备简介

#8机组轴系由高中压转子（HIP）、低压#1转子（LP1）、低压#2转子（LP2）、发电机转子（GEN）和励磁小轴（EXT）组成。机组轴系简图如图1所示。

其中#1～#6轴瓦均采用四瓦可倾式轴承，上部两个瓦块弧形背面有销孔，与瓦架销孔间有弹簧及支持销定位。下部两个瓦块均有顶轴油孔及双菱形油槽，润滑油从底部供油槽供油，在轴瓦于轴之间形成油膜，从轴承两侧排出。在油膜的压力作用下，每个瓦块在支持点上可以单独自动调整位置，以适应转速、轴承负荷和油温的变化。发电机#7瓦、#8瓦及励磁小轴#9轴瓦采用圆筒型轴承、单侧进油、为上瓦开槽式结构。

锅炉过热蒸汽从高温过热器通过主蒸汽管道送入汽机房，经过汽轮机2个高压主汽门后进入4个共腔室的高压调汽门，后通过四根高导管从高压缸上缸、下缸分别进入缸内做功。高调门阀序配置如图2所示。

高调阀对应的调节级数喷嘴数量为#1-29、#2-23、#3-29、#4-35。#1～#6轴承可倾瓦轴振测点、瓦温测点位置如图3所示。

该机组启动冲转时高调阀配汽方式采用单阀进汽，即#1、#2、#3、#4高调阀同时开启，节流调节进气量。负荷升至350MW后单阀进汽切换为顺阀调节，500MW时#1、#2、#3高调阀开度约为65%，#4高调阀开度约为4%。在高负荷时，开启#4高调阀以增加进汽量。

#8机组装备了本特利3500振动监测系统（TSI），振动故障出现后现场监控测试采用在TSI缓冲输出端接入本特利208振动数据采集仪的方法。同时结合了现场振动在线监测系统（TDM）相关数据，依据机组各轴瓦振动历次增大的趋势过程，重点对#1、#2、#3、#4瓦轴振进行了监测分析。

2011年11月17日，#8机停机列备，停机前#8机各瓦各项振动数据均处于正常值。2012年2月4日，机组启动过程中#2瓦X向轴振最大值为103.296um（负荷369MW时），升负荷至520MW后振动下降至80-90um之间平稳运行。

2 存在问题及分析

2.1 故障前期的表现及分析处理

2012年4月至7月为机组振动故障的发生、发展期。这一阶段设备劣化倾向明显，尤其是以#2瓦、#3瓦X向轴振的频繁并逐渐增大的波动为表现。

2012年4月底至5月初，#2瓦X向轴振幅值开始在90-110um之间波动。5月9日，#8机负荷持续稳定在550MW附近，#2瓦X向轴振值增长至130.783um，首次超过W报警值（125um）。现场检查，#3轴瓦处有轻微的异音，频率间隔在1秒左右。#2轴瓦处无明显异音。

5月至7月，#8机组#2轴瓦、#3轴瓦X向轴振多次波动，峰值在120～140um之间，波动时间在1小时左右。7月初以后，现场观测发现#3瓦“咔哒”异音明显增大，频率较之前加快。同时#2瓦处也能听到细小的异音。机组其他轴承轴振、瓦振也随之波动，但波动峰值均小于#2瓦、#3瓦。

7月10日TDM系统记录的#2、#3瓦轴振动历史曲线如下图：

依照各项数据分析，现场测试数据与在线振动系统（TDM）数据基本一致，且轴振动异常变化时瓦振动有相同的变化趋势，因此振动异常应是机组运行情况的真实反映。振动异常波动过程中各轴承振动数据均以工频为主，属普通强迫振动，同时#1、#2、#3、#4瓦均呈现相同的变化趋势，且峰值逐渐增大，因此波动持续的时间也明显变长。比较#1、#2、#3、#4瓦振动增大过程及前后的振动数据，可以看出振动幅值#3、#4瓦变化较小，在25um以内，相位变化也小于15°；而#2瓦幅值变化有时从正常的90um左右最大增至185um，之后有降到90um左右，相位变化小于20°。

在机组运行中监测到#3瓦处异音，初步原因判断是上部左侧可倾瓦块的柱状销（从机头看）与瓦块的销孔碾大造成及背部弹簧等发生磨损等故障，同时不排除油挡松动的可能。（在2012年10月份#8机组停机翻瓦检修时，均证实以上推断。）#2瓦幅值的大幅变化由#3瓦传导影响的可能性较大，但#2瓦自身也存在相同故障的可能。各瓦振动异常时以工频为主，且幅值、相位均有波动，振动恢复过程明显长于振动上升过程，因此也不能排除存在转轴碰磨因素，需在运行中加强对轴封供汽温度及相关参数的监控。同时，机组发生汽流激振可能性较大，目前的顺阀调节进气方式可能是导致振动故障加剧的原因之一，通过改变阀序，调整主蒸汽，热再蒸汽入机参数，应能够改善机组振动，维持机组可靠运行。

7月13日16：45，#8机组降负荷至445MW，将顺阀配汽方式（#1、#2、#3高调阀进汽、#4高调阀调节）改为单阀配汽方式（#1～#4高调阀以相同开度进气）。#1，#2，#3，#4号阀门开度均为50%，后又升负荷为555MW。13日至16日，#8号机组的各瓦振动一直处于稳定的状态，其中#1瓦振动很小，在20um以下，#2，#3，#4瓦的X方向轴振一直处于90um左右，Y方向的振动在70um左右变动，各瓦的相位基本不变。

2012-7-15 11：00 555MW负荷时各轴承振动值：

2.2 故障后期的表现及处理

7月中旬至9月底，#8机组各瓦振动均较为平稳，波动幅度较小。进入10月份后，#2瓦、#3瓦振动幅度呈加剧增大趋势，#3瓦就地异音明显，呈现清晰且高频的“咔哒”声。10月15日晚#2瓦X向峰值达到182.287um，#3瓦X向峰值达140um。依据相关趋势图及频谱图分析，#2瓦、#3瓦振动仍以工频为主，判断设备劣化趋势加剧，为保证机组设备安全，10月18日#8机组停机，#1～#6瓦翻瓦检修，至10月31日检修工作结束。修后机组启动过程中各瓦振动无摆动，350MW负荷平稳后，各瓦各项振动均在合格值范围内。

2.3 检修主要发现的问题及修复

2.3.1 #2、#3、#4、#5轴瓦上瓦架销孔磨损， #2、#3左右侧均有磨损，#4、#5左侧销孔磨损。通过在原位置扩孔，加入衬套的方法修复。

2.3.2 #2瓦、#3瓦上瓦块、#5瓦右侧上瓦块销孔均磨损成椭圆状，均更换新瓦块。

2.3.3 #1瓦、#3瓦、#4瓦励端挡油环存在紧固螺栓脱落，顶部定位销断裂，乌金面磨损等情况，均加以修复或更换。

2.3.4 #3瓦上瓦右侧两根弹簧均断裂，#1瓦至#6瓦均更换新弹簧。

2.3.5 #2瓦下瓦瓦枕左右加钢垫5丝，正下方加钢垫5丝。

2.3.6 #1-#6轴瓦间隙检修记录（见表3）。

2.4 调整阀序试验

11月1日下午两点半#8机高调阀单顺阀切换，由单阀配汽改为#2、#3、#4高调阀进汽、#1高调阀调节。切换顺阀后，#4瓦X向轴振上升至105um左右，#2瓦、#3瓦振动平稳，均无波动情况。

3 结束语

3.1 机组阀序配汽方式对轴瓦振动的影响较大，均衡进汽可使机组振动情况明显改善。参考配汽机构导叶数量差异，在阀序为#1、#2、#3高调阀进汽，#4调节的方式下，相对于#2、#3喷嘴组而言，#1、#4喷嘴组受力不均衡，使转子产生向上的气流力。各轴瓦位于左上位置（机头向机尾看）的瓦块会承受更大的作用力，易导致该位置瓦块乌金面的磨损，同时在运行过程中加剧了沿转子转动方向产生对瓦座、瓦块支持销销孔的磨损。当销孔发生磨损后，会影响瓦块及油膜的稳定性。而瓦块的不稳易导致背部弹簧因碾压位移发生断裂。

3.2 查阅相关资料，同类型多台机组曾多次发生可倾瓦上瓦块背后销孔磨损及弹簧损坏导致轴瓦异常情况，瓦块材质硬度可能偏低，应利用机组中修对瓦块弹簧及销孔定期进行重点检查。

3.3 依据以往的检修记录及经验，轴瓦两侧的浮动油挡是设备劣化的短板。油挡中分面螺栓松动，乌金面磨损脱胎，顶部定位销断裂脱落，上半油挡整体断裂的故障屡有发生。在做好设备质量检验的同时，利用机组小修、中修的机会对轴瓦油挡做定期的专项检查，可以做到事故预防，避免故障停机。

3.4 汽流激振也是影响机组振动的重要因素，产生汽流激振的主要原因有蒸汽力、通流部分间隙以及轴承载荷等方面。优化配汽阀序，可减小其影响。可尝试先同时开启#1、#4高调阀，再开启#3调阀，最后开启#2调阀；或者为先同时开启#2、#3调阀，再开启#4调阀，最后开启#1调阀。但因程序设定原因，未能在#8机组运行过程中得以实施。

3.5 检修时需严格控制轴瓦间隙数值的调整，轴瓦紧力及瓦顶间隙应控制在设计值以内，并应尽量向下限调整。同时应对轴系中心进行复查，特别是中低对轮中心的各参数，可使轴系载荷分布合理，各瓦瓦温正常。机组运行中应对轴承箱中分面螺栓做定期检查，防止因局部位置螺栓松动导致轴瓦紧力变化，影响机组振动。

3.6 机组启动后#4瓦X向轴振值相对于#2瓦、#3瓦偏大，Y向轴振值相对较小，且#4轴瓦、#5轴瓦一倍频振动相位相差仅20°左右，可考虑在下次停机时采取低低对轮处加配重块的方法改善机组振动。

参考文献

[1]施维新，石静波. 汽轮发电机组振动及事故[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[2]傅行军. 大唐阳城电厂#8号机振动测试分析报告[R]. 南京：东南大学火电机组振动国家工程研究中心技术报告，2012.

[3]夏静. 600MW超临界汽轮机高压调阀阀序改变对机组振动的影响[J]. 电力安全技术，2012（8）.