汽轮机转子振动分析

刘 海

（京能集团京玉发电有限责任公司，山西 右玉037200）

1 概况

某发电公司安装的两台汽轮机组，均为北京汽轮电机有限责任公司采用阿尔斯通技术制造的330MW亚临界、单轴、三缸双排汽、一次中间再热、冲动式、直接空冷凝汽式汽轮机组，型号是N330-17.75/540/540，采用中压缸冲车、启动方式，设有高压缸倒暖系统，机组在冲车前及低速暖机状态下，高压缸及高压转子通过倒暖阀进行倒暖加温。

高、中、低压转子及发电机转子各由两个轴承支持方式，每个轴承均有两个轴振测点（X向、Y向）、两个轴承振动测点（X向、Y向）。机组在启动冲车升速过程中，转速在2900rpm以下、一至六瓦任一瓦轴振达180um时，保护动作掉机；机组运行中，要求各轴振值在76um以下，若任一轴振值达130um，要人为手动打闸停机。机组实际运行中，主机一至六瓦轴振值均在55um以下。

2 机组出现轴振大异常现象

（1）机组整套启动调试期间，在进行第一次超速试验、调整危急保安器飞锤弹簧后，再次冲车进行试验时，出现了一瓦轴振值随主机转速升高而增大的现象。在转速达1550rpm时，一瓦X向轴振达181um、Y向轴振达167um，轴振保护动作掉机。在盘车4小时、偏心值达34 um后，再次进行冲车启动，但在转速升至1500rpm时，再次发生一瓦轴振大、保护动作停机异常。此后停运机组，对主机系统进行全面检查。

（2）机组投产后仅两个月，出现了一、二、三、四瓦轴振间断性增大现象，四个瓦轴振趋势相同，一瓦轴振最为突出，最大轴振变化幅度达60um，且随着时间的持续，轴振变化的频率逐渐频繁，振动幅值越来越大。轴系振动特点及相关参数（见附件）：

①#1、#2、#3、#4 瓦轴振同步向高、向低幅值振动，#5、#6、#7、#8 瓦轴振值基本无变化。

②160MW～170MW负荷下，1X轴振峰值较高，最高达139um，负荷较高240MW以上时，峰值在100 um以下。

③在机组刚投产时，轴振每天仅一次，且幅值较小，2个月后，逐步出现振动增大的频次增高，每2小时振动一次，且轴振幅值也有所增大，由原来的85um最高上升至139um。

3 汽轮机轴振大原因分析

3.1 针对第一种引起主机轴振大异常工况，进行了以下检查（见图1、图2）

（1）盘车状态下，轴系偏心为34um，盘车电流21A，均与正常方式下参数相同。

（2）在汽轮机惰走及盘车状态下，对高压、中压汽缸内部及前轴承箱、二、三瓦轴承箱听音检查，未听到异常声音。

（3）在汽机高压转子、中压转子金属温度降至150℃停运盘车后，对一瓦前轴承箱内的零部件进行了检查，未发现异常。

（4）在对调整后的飞锤又进行了细致地检查，发现机头固定危急遮断器端部的一条螺丝脱出，与其前边的支架产生间断碰摩，导致轴向动静部分摩擦，最终导致一瓦轴振值大幅变化。

（5）危急遮断器端部的螺丝直径为20mm，与其前部支架虽未形成连续、刚性碰摩，但对轴系的振动影响特别灵敏，特别是距其最近的一瓦轴振更加明显。

3.2 针对第二种引起主机轴振大异常工况，进行了以下检查

（1）二、三瓦油档处，因润滑油系统为微负压状态，油烟及空气中的尘埃被吸至油档处节流积存，由于二、三瓦油档处距高、中压缸本体很近，导致油档处的温度较高，在这种环境温度高的情况下，油档内吸入的油泥尘埃在高温长时间的烘烤下，形成坚硬的“积碳”，当“积碳”量达到一定程度时，造成油档与轴系间间隙消失（上油档与大轴间间隙 0.20mm～0.25mm、下油档与大轴间间隙 0.05mm～0.10mm、左右侧油档与大轴间间隙0.10mm～0.20mm），形成动静部分间断碰磨，反映出主机轴振不稳定振动（见图3、图4）。

图1 汽轮机头处固定危急遮断器螺丝轴向动静摩擦图之一

图2 汽轮机头处固定危急遮断器螺丝轴向动静摩擦图之二

图3 汽轮机二、三瓦油档处的积碳图片之一

图4 汽轮机二、三瓦油档处的积碳图片之二

表1 #2机组各瓦轴振工况记录

表2 #2机组各瓦轴振工况记录

表3 #2机组各瓦轴振工况记录

北重阿尔斯通技术汽轮机组，高压缸缸体距一瓦油档100mm，高压缸缸体距二瓦油档80mm、中压缸缸体距三瓦油档80mm，较其他类型机组的间距都小（哈尔滨汽轮机组间距基本在150mm左右，上海汽轮机组间距基本在200mm左右），这样导致各瓦油档处温度偏高，特别是汽封如有漏汽现象时，这些间隙处的温度会更高。在室外环境温度25℃、汽机本体化妆板内温度38℃、满负荷工况时，高压轴封供汽温度327℃、低压轴封供汽温度125℃，高压缸缸体与一瓦油档间温度达62℃，高压缸缸体与二瓦油档间温度达108℃、中压缸缸体与三瓦油档间温度达105℃，中压缸缸体与四瓦后油档间温度达98℃。

检修期间对油挡内的“积碳”进行了清理，机组并网后，已运行三个月至现在还未出现轴振波动异常。

4 采取的措施

（1）经检查固定危急遮断器端部的螺丝由于原紧力不足产生松动而脱出，此后将该螺丝取出，重新配置了新螺丝及足够的紧力，并设置了止销防止其退出。

在采取上述措施后，机组再次冲车启动，一瓦轴振值在50 um以下，未再出现波动或超限异常。由此可见，汽轮机组除了通常所见的由于径向摩擦造成轴振较大外，在实际运行过程中，轴向间的动静摩擦也会使轴振增大。

（2）由于“积碳”原因导致主机轴振大采取的措施

①根据本机组油档与汽缸间距窄的特点，在油档与汽缸间加设隔热层，使汽缸产生的热量尽可能少的辐射到油档上，这样使油档上的温度不至于长期处于较高的温度。

②在满足润滑油系统回油畅通、油烟能顺利排出的情况下，尽量降低润滑油箱内的负压值，这样就可减少油档处吸入、积存的油渍量。

③机组每运行半年或停运时间超过15天时，要有计划定期地对这些油档中的“积碳”进行检查清理。

④对汽封系统压力调整门及自动回路进行调整，减少汽封漏汽量。

⑤在机组进行A、B修揭缸检查时，要对汽封齿作全面检查、处理，减少汽封漏汽量。