某电厂350 MW汽轮机振动分析及处理

2015-03-16陈维王振杰

湖南电力 2015年6期

关键词：汽轮机间隙轴承

陈维，王振杰

(中国能源建设集团湖南火电建设有限公司，湖南长沙410015)

某电厂350 MW汽轮机振动分析及处理

Analysis and processing of steam turbine vibration for a certain 350 MW unit

陈维，王振杰

(中国能源建设集团湖南火电建设有限公司，湖南长沙410015)

某电厂2号机组汽轮机在安装过程中汽封间隙节能改造后，在首次启动调试过程中带高负荷运行时，高中压转子汽流激振故障，2号轴瓦X方向振动最高达到247 μm(250 μm保护跳机)，本文针对汽轮机振动原因进行分析，并提出了具体的处理方案和建议，为以后同类型的机组安装调试提供参考意见。

汽轮机；低频振动；汽流激振；分析；特征；处理

近年来，随着电力行业的发展，装机容量越来越大，由于节能降耗，许多电厂对汽轮机动静间隙要求越来越小，这样加剧了汽轮机汽流激振的产生概率，严重地影响电厂安全、经济运行，甚至影响汽轮机的运行寿命。

某电厂2号机组汽轮机为东方汽轮机有限责任公司制造的NK350－16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、空冷凝汽式汽轮机。轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子通过刚性联轴器连接而成，共6个轴瓦，其中1—2号轴瓦为可倾瓦，3—6号轴瓦为椭圆瓦，1—4号轴承为落地式轴承座，5，6号轴瓦支撑在发电机端盖上。轴系临界转速为:发电机转子一阶转速1 352 r/min，高中压转子一阶转速1 616 r/min，低压转子一阶转速1 941 r/min，发电机转子二阶转速3 514 r/min，整个轴系临界转速区为1 250～1 900 r/min。

1 振动特征及原因分析

1.1 汽轮机运行振动简介

2013年04月08日，某电厂2号机组在整套启动后带负荷阶段升负荷过程中，负荷在300 MW时运行时机组振动正常，首次升负荷至320 MW后1，2号瓦轴振大，最大2X轴振141 μm，降负荷至300 MW机组振动恢复正常；04月09日升负荷至310 MW后1，2号瓦轴振仍然很大，其中2X轴振182 μm，降负荷至295 MW机组振动恢复正常；反复升降负荷后，1，2号瓦振动并没有降低。在04月10日，机组退出CCS协调，采用定压运行方式手动参与调节负荷，每次升负荷10 MW，升负荷率控制在1 MW/min，于当日带至满负荷350 MW，机组振动优良，但是由于锅炉燃烧调节没控制好，锅炉压力达到17 MPa，机组振动立即变大，随即降负荷至300 MW，机组运行正常。

1.2 振动特征分析

该电厂2号机组在试运期间存在高负荷下1，2号瓦轴振大，通过运行数据比较分析，有如下特征:

1)高负荷运行时，1，2号瓦轴振不稳定，上下波动大。

2)振动跟负荷、蒸汽流量关系明显，低负荷时振动小，波动的幅度小；高负荷时振动增大，波动的范围也变大。

3)振动有突发性，负荷增大后，振幅的升、降较为突然。

4)振动频谱中，含有较大的低频 (22 Hz)分量，低负荷时低频分量有10～20 μm左右；高负荷时低频分量有40～60 μm左右，工频分量基本稳定在40 μm。

1.3 振动原因分析

从以上振动特征分析，1，2号轴承振动大的原因在于高中压转子受蒸汽激振和轴瓦轻载共同作用产生的自激振动。

汽流激振产生的原因是由于机组容量大、转子长，转子挠度也大，因而刚性相对较差，同时转子安装不良，动静部分的中心有偏差，在整个圆周上的有些部位，一些蒸汽通过转子的动叶复环和阻汽环之间的较大间隙，一些蒸汽通过较小间隙部位，这样整个圆周压力不平衡，再加上轴瓦稳定性不高，在高负荷下就可能产生汽流激振故障〔1〕。

2 振动处理措施

对于产生汽流激振的汽轮机，在运行过程中只能通过外部调整手段加以改善和消除，如:润滑油压升降试验、润滑油温升降试验、单阀改顺序阀运行并进行阀序调整试验。

2013年06月25日，2号机组带220 MW负荷运行时，1X/Y、2X/Y轴振动分别为42/32 μm，51/27 μm，负荷不变时，振动比较稳定。随后进行了变负荷、润滑油温、润滑油压、单阀切换顺序阀及更改阀序等运行试验，观察每个试验中振动随所变参数的变化趋势。

2.1 变负荷试验

试验中，负荷从初始的220 MW逐步增加负荷，观察负荷变化对振动的影响趋势。当负荷增加到290 MW以上时，1，2号轴承振动明显增大一个台阶。2X轴振动增大到80 μm左右，并上下波动，峰值在100 μm附近。

2.2 变润滑油温试验

负荷增大到290 MW以上，2号轴振动明显增大并且上下波动范围变大。此时保持负荷稳定，将润滑油温从40℃提高到45℃左右，观察振动的变化趋势。当油温提高后，2号轴振动逐渐降低至70 μm左右，而且上下波动的范围明显减小。

2.3 变润滑油压试验

在油温试验基础上，开启一台交流油泵，润滑油压从0.20 MPa增大到0.23 MPa，对振动基本无影响。随后停油泵，保持295 MW负荷运行，振动基本稳定在70 μm左右。

2.4 单阀切顺序阀试验

2013年06月26日上午，机组单阀运行，带负荷240 MW，2X轴振动基本稳定在60 μm左右。升负荷至295 MW前，振动基本稳定在80 μm以下。继续升负荷至303 MW时，振动幅值及波动范围加大，2X轴振动最大值159 μm。随即降负荷至200 MW运行。13时00分左右，机组带负荷200 MW稳定运行时，从单阀切换至顺序阀运行方式，此时进汽方式为CV1，CV2全开，CV3根据负荷情况调节、CV4全关。切换后，2X轴振动稳定在60 μm左右，负荷加至310 MW之前，2X轴振动基本稳定在80 μm以下。负荷加到315 MW时，2X轴振动波动范围开始加大，最大达到100 μm左右。继续加负荷直至满负荷350 MW时，2X轴振动在125 μm上下波动，最大值140 μm。单阀切顺序阀(4号阀全关)与2X轴振动的关系见图1。

图1 单阀切顺序阀 (4号阀全关)与2X轴振动的关系

2.5 顺序阀阀序切换试验

2013年08月24日，将顺序阀的阀序修改后，进汽方式为:CV3，CV4全开，CV1根据负荷情况调节、CV2全关。升负荷至350 MW时，2X振动为56 μm。另外在试验过程中发现在CV2全关的状态下2X振动表现为非常稳定，随着CV2开度的增大，2X振动显著增大。单阀切顺序阀 (2号阀全关)与2X轴振动的关系见图2。

图2 单阀切顺序阀 (2号阀全关)与2X轴振动的关系

3 处理结果

2号机组高压调节阀共4个，对应4个喷嘴组，其喷嘴序号及喷嘴个数分布如图3所示。每个喷嘴对转子都有径向分力作用，因此转子位置会随着喷嘴进汽量和压力的不同而变化。我们通过调整阀序，在CV2阀全关时，使蒸汽对于转子的作用力将转子推到动静间隙较均匀的位置，从而降低了转子的振动。

图3 喷嘴序号及喷嘴个数分布情况

因此，在机组运行过程中，改单阀运行为顺序阀运行，彻底解决的2号机组高中压转子在高负荷状态下振动大的问题。其满负荷350 MW运行参数见表1。

表1 机组满负荷运行状态轴承振动及轴瓦温度情况

4 安装及调试过程中应注意的问题

4.1 安装过程中应注意的问题

1)汽封间隙的调整:在安装过程中汽封调整时应使缸体四周与叶轮前部动静间隙尽量均匀，当然，在设计左右汽封间隙偏差的机组，要尽量按照设计偏差来调整，这样才能保证在机组运行后转子在汽缸中心位置。在设计要求范围内尽量增大叶顶汽封的径向间隙〔2〕，这样可以减少蒸汽作用于转子的径向作用力。另外，在汽缸轴封间隙调整过程中，尽量取下限值，防止大量蒸汽的泄漏抬高转子，减少轴承比压，导致轴承稳定性降低。

2)轴系中心的调整:在东汽300 MW机组在运行中普遍存在2号轴承座上抬，2号轴承座标高的上升对其相邻轴承载荷产生较大影响，降低了轴承的稳定性〔3〕，因此在轴系找中的时候，中低对轮中心张口取上限值，圆周高中压转子靠背轮侧取上限值。

3)汽门及管道的安装〔4〕:汽门及导气管的安装，一般应在汽封通流间隙验收前安装完成，这样就不会在焊接汽门导气管时产生焊接应力，导致汽缸中心偏移，汽缸通流间隙四周不均匀，产生蒸汽激振力。如果由于工期原因，汽门及导气管没有在通流间隙验收前安装完毕，我们应在汽缸猫爪位置及轴承箱四角架设百分表监视，百分表读数变化超过0.02 mm时应停止烧焊，待百分表读数恢复后再进行烧焊。另外，抽汽管道的安装，必须在通流间隙验收合格前安装至第一个支吊架。

4)轴瓦安装:对于产生汽流激振的机组，我们可以采取轴承与轴颈顶部间隙取下限值〔5〕、轴承的大盖紧力取上限值的办法来增加轴承的稳定性。

4.2 运行方面过程中应注意的问题

在运行过程中出现汽流激振时，我们应采取升高润滑油温、降低轴封压力、调整顺序阀开启顺序等办法来尽量消除汽流激振。