9FA燃气轮机高中压转子碰摩振动的分析与处理

徐百成，李卫军，吴文健，蔡文方，应光耀

（1.浙江省火电建设公司，杭州310016；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

9FA燃气轮机高中压转子碰摩振动的分析与处理

徐百成1，李卫军2，吴文健2，蔡文方2，应光耀2

（1.浙江省火电建设公司，杭州310016；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

介绍了9FA燃气轮机高中压转子碰摩振动的原因、振动特征及处理措施。通过对1台燃气轮机高中压转子碰摩振动的原因分析，提出了避免动静碰摩的具体措施，可供同类机组参考。

9FA燃机；高中压转子；碰摩振动；处理

0 引言

美国GE公司与哈电集团联合生产的9FA燃气轮机组具有启动灵活、热效率高等优点，浙江省已投产8台该型机组，但有4台机组的高中压转子在调试过程中发生了动静碰摩，严重时导致高中压汽封磨损[1，2]。本文对9FA燃气轮机高中压转子碰摩振动的原因、特征及处理措施进行分析，并通过典型案例，介绍了避免动静碰摩的经验和措施，可供同类机组参考。

1 机组简介及轴系图

9FA燃气轮机组由PG9315FA型燃气轮机、D10型三压带再热系统的汽轮机以及发电机组成，轴系布置如图1所示。汽轮机为超高压机组，其转子由高中压转子（下文简称HP-IP转子）和双分流低压转子构成，均为整锻实心双支撑转子，3号、4号瓦为椭圆瓦，HP-IP转子的实测临界转速为1 330～1 380 r/min。

9FA燃机容量为390 MW，与其配套的汽轮机为高中压缸合缸，且为单层缸，高压缸、中压缸进汽温度均为565℃，压力分别为9.6 MPa和2.1 MPa。

该型汽轮机高中压转子在调试运行中多次出现由动静碰摩引起的振动故障。

图1 9FA燃气联合循环机组轴系布置

2 HP-IP转子碰摩振动分析

2.1 HP-IP转子碰摩振动原因分析[3]

（1）HP-IP转子动静间隙偏小。为提高效率，高中压缸的汽封、隔板汽封、轴封间隙设计得很小，在安装或检修时，现场难以根据制造厂提供的间隙值合理把握。在机组启动或运行过程中，若出现轴封汽温度不匹配、上下缸温差偏大（大于35℃）、汽缸膨胀不畅、汽缸跑偏等情况，会改变动静间隙，因此新机组启动或机组检修后的启动过程中常会发生碰摩振动。

（2）HP-IP转子中部的轴封段较长，轴封间隙偏小，转子在过一阶临界转速时中部振动较大，因此机组在启动或停机阶段也容易发生碰摩。

2.2 HP-IP转子碰摩振动的特征

HP-IP转子发生动静碰摩时，转子受碰摩的影响，会在转轴上产生不均匀温度场，从而引起热变形即热不平衡，转子振动信号始终以基频（1X）分量为主，同时还有其它高频分量。

碰摩初期，碰摩产生的热变形会使振动逐渐增大，若碰摩情况不严重，经过一段时间后，动静碰摩点脱离，温差减小，振动逐渐恢复正常。若动静碰摩严重，则碰摩点无法脱离，碰摩持续，温差增大，转子振动快速爬升，最终导致振动发散，机组停机。

2.3 HP-IP转子动静碰摩处理措施

HP-IP转子动静碰摩的处理措施比较复杂，当前主要的方法为：

（1）磨合运行，扩大动静间隙。HP-IP转子碰摩故障出现后，要设定合适的振动打闸值，同时应适当调整运行参数，如轴封汽温度、真空值等，在振动不发散的前提下进行“磨合”运行。机组经过多次启停与较长时间的运行，动静间隙扩大，碰摩故障可能会消除。若在磨合过程中振动出现快速爬升或大幅波动，应立即停机，待振动稳定后再启动。

（2）降低HP-IP转子不平衡残余量。若HPIP转子同时存在较大的原始不平衡量，应先进行精细动平衡试验。降低HP-IP转子的不平衡残余量，使机组处于较好的原始振动水平，减少或消除碰摩故障发生的可能。

（3）通过调整HP-IP缸体下沉量[4]或轴承标高，改变动静间隙或轴颈中心位置。

（4）若转子多次发生碰摩振动，且改善不明显，则建议利用揭缸检修机会对转子的动静间隙进行检查调整，适当放大动静间隙。

3 HP-IP转子碰摩振动分析与处理实例

3.1 HP-IP转子碰摩振动现象

2012年11月27日18∶38，某发电厂8号机组定速3 000 r/min下，3X振动为110 μm，其余各瓦振动均在65 μm以下；运行几分钟后，3号、4号瓦振动快速爬升，3X轴振在10 min内爬升到216 μm，致使机组停机。停机降速过程中，3号、4号瓦轴振明显高于升速过程中的振动，具体数据见表1。3号瓦X向轴振趋势图、波特图如图2、图3所示。

图2 3号瓦X向轴振趋势

图3 3号瓦X向轴振波特

11月28日，将轴封汽温度调整至190℃、真空调整至-91 kPa，8号机组再次启动到3 000 r/min，运行时间延长了十多分钟，振动现象和11月27日一致。

3.2 HP-IP转子碰摩振动分析

8号机组运行过程中，HP-IP转子振动特征如下：

（1）8号机组定速3 000 r/min约10 min后，3号、4号瓦振动开始快速爬升，最终分别爬升至216 μm和131 μm，且以1X分量为主。3号、4号瓦振动基频爬升的变化量分别为132 μm和101 μm，相对较大；相邻1号、5号瓦的振动变化量分别为70 μm和30 μm，相对较小。表明3号瓦、4号瓦振动爬升的原因可能是HP-IP转子发生了动静碰摩、靠背轮螺栓松动或对中不良。

停机并投盘车直轴后，对燃气轮机转子和HP-IP转子的靠背轮以及3号、4号瓦轴承螺栓进行检查，未发现有松动。再次启动升速至400 r/min时，3号、4号瓦振动均小于30 μm，振动恢复至原来值，可排除HP-IP转子对中发生变化的可能。

（2）机组停机降速过程中，在1 500 r/min以下时，3号瓦振动随转速的下降而快速爬升，在转速降至400 r/min时，振动爬升到246 μm。在1 360 r/min的HP-IP转子一阶临界转速下，3号瓦振动最大，原始振动与摩擦振动叠加，致使其HP-IP转子在低速时发生了严重动静碰摩。判断HP-IP转子动静碰摩的原因可能是：其一，HPIP转子动静间隙过小，其出厂值要求小于0．25 mm，容易产生碰摩。其二，HP-IP转子原始振动偏大，不利于HP-IP转子碰摩故障的消除。

3.3 HP-IP转子碰摩振动处理措施

根据以上分析，认为碰摩主要由动静间隙偏小、原始不平衡量偏大引起，为此采取以下措施。

3.3.1 不揭缸的动静间隙调整

通过调整高中压缸相对转子中心位置来调整高中压缸的动静间隙。根据安装数据，结合碰摩振动的数据变化量，调整高中压缸的下沉量，即调整汽封间隙并保证汽隙的均匀性[4]。经测量与计算，将高中压缸调端、电端相对于转子中心在出厂值的基础上分别下调0．2 mm和0．3 mm。调整后，8号机组于11月29日启动，在3 000 r/min下的运行时间最长为85 min，振动情况有所好转，但未彻底消除。

3.3.2 动平衡降低HP-IP转子轴振

调整动静间隙后，8号机组运行时间最长85 min、最短只有35 min就会发生动静碰摩。同时，机组定速3 000 r/min运行时，3号、4号瓦振动相对稳定时分别为106 μm和90 μm，且以基频为主，表明HP-IP转子上存在一定的不平衡量。为此可通过动平衡手段降低3号、4号瓦原始不平衡量，对消除动静碰摩有利。经对振动数据进行分析计算，在燃气轮机与HP-IP转子对轮上靠近3号瓦侧加重0．115 kg。加重后，3号、4号瓦振动均小于80 μm，原始振动明显降低，振动有较大改善。加重前后的振动数据见表2。处理后，在8号机组冲管期间，3号、4号瓦振动较稳定，HP-IP转子未出现严重动静碰摩振动现象。

表1 8号机组不同转速时X向轴振数据

表2 8号机组HP-IP转子动平衡前后振动数据μm

3.3.3 HP-IP转子动静间隙调整

168 h试运行结束后，利用机组调停机会，对高中压缸揭缸检查，发现上缸隔板汽封及叶顶汽封与转子发生了动静碰摩，且磨损程度较大，各级磨损也不均匀。

根据检查情况，在不吊出HP-IP转子的情况下，对发生碰摩的汽封齿进行修复，并调整汽封间隙，使汽封齿的间隙略大于0．3 mm。处理后，8号机组3号、4号瓦在不同工况下的最大振动分别为95 μm和71 μm，且未再发生HP-IP转子动静碰摩现象。

4 结语

通过对9FA燃气轮机HP-IP转子的碰摩振动分析，以及对某发电厂1台机组的HP-IP转子典型碰摩振动分析及处理实例，得出HP-IP转子叶顶汽封、隔板汽封、轴封等间隙偏小是产生碰摩的主要原因，HP-IP转子不平衡残余量偏大会使碰摩振动故障更容易发生。若要提高9FA燃气轮机运行的稳定性，避免碰摩发生，应采取如下措施：

（1）降低HP-IP转子的不平衡残余量，可减轻或抑制其动静碰摩，提高机组运行的稳定性。

（2）高中压缸隔板汽封、叶顶汽封、轴封的间隙值均应大于0．3 mm，且应均匀。

[1]吴文健，吴斌，戴惠庆．大型9FA燃气发电机组的振动试验研究及处理[J]．浙江电力，2013（7）∶38－41．

[2]应光耀，章小忠，吴文健．9F联合循环机组严重碰摩诊断分析及处理[J]．汽轮机技术，2010（1）∶74－76．

[3]杨建刚．旋转机械振动分析与工程应用[M]．北京：中国电力出版社，2007．

[4]彭永会．联合循环汽机中心和通流间隙调整[J]．大型铸锻件，2007（4）∶29－32．

（本文编辑：龚皓）

Analysis and Treatment on Rubbing Vibration of HP-IP Rotors for 9FA Gas Turbines

XU Baicheng1，LI Weijun2，WU Wenjian2，CAI Wenfang2，YING Gangyao2
（1.Zhejiang Thermal Power Company，Hangzhou 310016，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The reasons，characteristics and treatment measures of HP-IP rotors rubbing vibration for 9FA gas turbines are introduced.By case analysis on rubbing vibration of HP-IP rotors for a 9FA gas turbine，the paper proposes countermeasures against collision between movable and static parts，providing reference for units of the same type.

9FA gas turbin；HP-IP rotor；rubbing vibration；treatment

TK268+.1

：B

：1007-1881（2014）12-0038-03

2014-10-07

徐百成（1959-），男，浙江东阳人，高级工程师，主要从事汽轮机组安装、调试工作。