某台630 MW机组低压转子异常振动诊断及处理

李卫军，吴文健，应光耀

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

某台630 MW机组低压转子异常振动诊断及处理

李卫军，吴文健，应光耀

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

对某台630 MW机组低压转子的异常振动进行了测试试验，结果表明：低压转子存在原始不平衡或热不平衡且动静间隙偏小、发电机转子上的热不平衡，引起低压转子不同程度的动静碰磨，导致低压转子轴振异常。通过在低压转子与汽发对轮上同时加重的现场动平衡调整，彻底解决了该振动问题，可为630 MW机组的振动故障诊断提供参考。

630 MW机组；低压转子；异常振动；碰磨；动平衡

0 引言

随着汽轮机技术的发展，通流改造技术可显著提高机组的效率，是火电机组节能减排的重要措施。在蒸汽流量不变的情况下，600 MW亚临界机组铭牌出力可改造为630 MW机组，其安全可靠性均有所提高。但改造后的部分机组在调试或运行过程中，因转子质量不平衡、转子动静碰磨等振动故障[1，2]，影响机组的安全稳定运行。

目前，浙江省已完成5台某型机组的改造，其效率、可靠性均有明显的改善。但有1台改造后的630 MW机组在调试及运行过程中，低压LPB转子轴振存在波动较大的异常情况，影响其安全可靠性。通过对机组轴系振动测试及分析，认为LPB转子的动静碰磨为主要原因，并采用动平衡，彻底处理了该机组的振动问题，轴系振动为优良并且很稳定。

1 机组概述与振动现象

1.11 号机组概述

2016年，某厂1号机组开展通流改造，改造后汽轮机型号为N630-16.7/538/538-1，为亚临界一次再热式、四缸四排汽、单轴凝汽式汽轮机。汽轮机高、中、低压转子由刚性联轴器联接并支撑在8只径向轴承上，其中1—4号轴承为可倾瓦结构，5号轴承为三瓦块可倾瓦轴承，6—8号轴承为圆筒轴承，发电机轴承为可倾瓦轴承。其轴系布置如图1。

图1 机组轴系布置示意

为了提高低压缸效率及安全可靠性，低压缸进行了技术改造，具体措施为：

（1）叶片改型。低压缸通流采用双向反动式压力级，为2×7级，末级采用1 050 mm的长叶片。

（2）缸体加固。600 MW亚临界机组在改造前低压转子的缸体较弱，真空变化时，低压转子易发生动静碰磨现象[3]。在改造过程中，对低压缸进行了加固，以提高低压缸的刚度。

（3）凝汽器的改造。凝汽器由原来的单背压、双流程改为双背压、单流程。

1.2 振动现象及特征

该机组通流改造结束后，2016年9月8日首次启动中，19∶00定速2 450 r/min进行中速暖机；19∶40后的1 h内，7号瓦、8号瓦轴振分别由41 μm和46 μm爬升至64 μm和70 μm，随后逐渐降低至42 μm和45 μm。在2 950 r/min的阀切换中，7号、8号轴振在2 min内快速分别由52 μm和91 μm爬升至122 μm和173 μm，导致机组停机，振动数据见表1，振动趋势见图2。

图2 首次启动中8Y振动变化趋势

表1 该机组Y向轴振数据

7号瓦、8号瓦轴振爬升极快，6号瓦、9号瓦的振动变化量较小，认为振动故障在低压LPB转子（下文简称LPB转子）。7号瓦、8号瓦爬升过程为时2 min，以1X分量为主，振动变化不是突变性振动，可排除转子部件脱落或对轮错位等故障，确认LPB转子发生了动静碰磨[4]。

9月9日03时定速3 000 r/min并进行电气试验期间，低压LPB转子轴动较稳定。9月9日20时并网，7号瓦、8号瓦轴振在11 min内分别爬升至195 μm和180 μm，和前一次的振动快速爬升情况极其相似，致使机组跳机，数据见表1。

9月10日04时定速3 000 r/min，7号瓦、8号瓦振动分别稳定在80 μm和60 μm。降低机组真空，即真空由-96 kPa降低至-92 kPa；调整机组轴封汽温度，将轴封汽温度由142℃提高至162℃，机组振动较稳定，在带10%负荷5个多小时后，顺利完成阀门汽密性试验和超速试验。机组发生动静碰磨后，调整轴封汽温度、真空等，均可使低压转子轴振减小或趋于稳定，进一步验证了机组的振动爬升为低压转子动静碰磨。

该机组在9月12日后的带负荷过程中，7号瓦、8号瓦轴振分别在80～94 μm和83～104 μm波动，且以1X分量为主。分析认为LPB转子发生轻微动静碰磨或轴瓦不稳定，通过调整真空、轴封汽温度等，7号瓦、8号瓦轴振虽在波动，但未发生大幅波动现象，详细数据见表2。

表2 该机组带负荷过程Y向轴振数据

2 原因分析

该机组运行过程中，7号、8号瓦轴振存在快速爬升或波动现象，其原因为：轴封汽温度、真空等不匹配、转子的轴端汽封间隙偏小、转子存在动不平衡等，均会导致转子发生动静碰磨，引起轴振爬升或波动现象。分析如下：

2.1 LPB转子动静间隙较小

为了提高低压缸效率，在通流改造、轴封改造中，轴封、汽封与转子的间隙设计值偏小，这给机组的安装、运行带来了一定的难度。若转子动静间隙较小，在机组运行中，诸如轴封汽温度、真空等运行参数和运行工况不匹配，诱发动静碰磨，振动略微爬升后，容易发生严重的动静碰磨，致使低压转子轴振快速爬升，甚至导致停机，这和该机组振动现象一致。

由表1可知，机组第一次、第二次动静碰磨，低压转子振动爬升时间分别为2 min和11 min，振动爬升至173 μm和195 μm。这表明，动静碰磨发生后，动静间隙有所增大，后期的碰磨强度已有所减弱。

2.2 低压转子存在不平衡现象

低压转子的轴振略大时，容易出现动静碰磨。该机组定速3 000 r/min时，低压LPA转子、低压LPB转子的最大轴振分别为60 μm和80 μm，且以1X分量为主。LPA转子轴振较小，相对较稳定，未发生动静碰磨；而LPB转子轴振相波动较大，发生了2次严重的动静碰磨，表现为7号瓦、8号瓦轴振大幅爬升。经计算，低压LPB转子上存在一定的不平衡量，且严重动静碰磨后，其不平衡量有所增大。

该机组在带负荷过程中，LPB转子发生轻微动静碰磨，前期较轻微。在机组温升试验后，因发电机转子的热不平衡，7—10号瓦振动略增大，低压转子动静碰磨有所加重，7号瓦、8号瓦振动波动频繁且振动变化量有所增大。经计算，不同工况下，低压LPB转子上的不平衡量基本不变，表明碰磨程度较轻，未产生明显的热不平衡。

2.3 低压转子临界转速对碰磨的影响

在机组升降速过程中，测定转子升速与降速过程的轴振值，根据波特图或奈奎斯特图确定其临界转速。该机组8号瓦在超速前后的波特图见图3、图4（其它轴振波特图相似，不再列举），该型2台改造机组的临界转速如表3。

由图3、图4可知，LPB转子的1阶临界转速为1 580～1 710 r/min，并存在2 910～2 970 r/min的临界转速，这与超速试验后的波特图相吻合。厂家的资料显示：低压转子临界转速为1 600 r/min，叶片的共振转速在1 900～2 280 r/min及2 600～2 910 r/min范围内。根据波特图，发电机转子的临界转速为2 910～2 970 r/min；励磁机小轴在2 910～2 970 r/min的振动均较小，且转子质量较低压转子轻很多，也不足以诱发低压转子的大振动。因此，低压转子确实存在2 910～2 970 r/min范围内的临界转速，接近3 000 r/min。

图3 轴振8X波特

图4 轴振8Y波特

表3 2台机组低压转子的临界转速r/min

LPB转子临界转速接近3 000 r/min，即转子强迫振动和共振振动频率较近，转子轴振不稳定裕度降低，转子发生动静碰磨，出现严重动静碰磨的概率会增大。一方面，转子在临界转速附近发生动静碰磨，碰磨效应产生的转轴热弯曲，将会增加碰撞程度[5]。另一方面，碰磨产生的热弯曲使得转子附加一热不平衡量，轴振相应会增大，因动静间隙较小，会使动静碰磨程度加剧，导致转子轴振快速爬升。

2.4 发电机轴振变化对低压LPB转子振动的影响

该机组在2016年9月20日的发电机温升试验中，9号瓦、10号瓦轴振分别爬升13 μm，17 μm，以1X分量为主；且有一定的滞后性。机组在大电流工况下，因为热胀不畅、滑移层膨胀受阻等因素，转子上产生了一定量的热态不平衡；该机振动变化量较小，表明热不平衡量较小，数据见表4。对低压转子来说，发电机转子的热不平衡相当于其外伸端出现了不平衡量，导致低压转子轴振有所增大。在2016年9月20日温升试验后，7号瓦、8号瓦振动值有所增大，波动幅度更大，8号瓦最高爬升至110 μm，且波动更频繁，数据见表5。

表4 机组温升试验中Y向轴振数据

表5 机组温升试验后部分Y向轴振数据

综上分析，原始不平衡、动静碰磨产生的热不平衡、发电机转子上产生的热不平衡量的共同作用，导致LPB转子的轴振较大。低压转子动静间隙较小，在运行中，时而发生动静碰磨，导致7号瓦、8号瓦轴振容易波动。

3 振动处理

根据上述分析，采用振型分离法结合动平衡计算技术，实施准确的动平衡，减小LPB转子和发电机轴振，可解决该振动问题。

LPB转子在不同工况下轴振的1X分量为反相，且其二阶临界转速接近3 000 r/min，以二阶振型下的不平衡为主，可在低压转子缸内施加反对称型配重或单端配重。而发电机的轴振以同相分量为主，其运行转速为3 000 r/min；而发电机的实测一阶、二阶临界转速分别为830 r/min和2 040 r/min。表明发电机转子存在一阶或三阶型的热不平衡，应在发电机外伸端加重。汽发对轮作为低压转子和发电机转子的共同外伸端，对降低发电机、汽轮机的振动均有较好的减振效果。

利用该机组9月28日—10月9日的检修期，在LPB转子缸内汽侧轮毂上、汽发对轮上同时加重，加重量分别为0.570 kg∠210°和0.40 kg∠120°。10月9日，机组在加重后的启动过程中，7—10号瓦的振动均小于50 μm，且很稳定，该机组能安全可靠地稳定运行，运行数据如表6所示。

表6 该机组动平衡后Y向轴振数据

4 结论

通过对某厂1号机组低压转子振动测试分析、诊断及处理，将该机组的振动降低至优良，确保其安全稳定运行。结论如下：

（1）低压转子轴振大且波动的原因为低压转子的动静碰磨，其诱因为低压转子动静间隙偏小，存在一定的原始不平衡或热不平衡。低压转子的某阶临界转速接近3 000 r/min，其轴系稳定性较差，加剧了其动静碰磨的程度。

（2）发电机温升试验中，发电机转子上产生了一定的热不平衡，低压转子、发电机的振动略有上升，加剧了LPB转子轴系不稳定。

（3）采用动平衡有效降低了LPB转子、发电机转子的振动值，低压LPB转子轴振小于50 μm且很稳定。

[1]李卫军，吴文健，蔡文方，等.某轴向拂汽式汽轮发电机组异常振动的分析及处理[J].浙江电力，2015，34（11）∶8-11.

[2]徐晓峰.600 MW机组通流改造后振动故障诊断及治理[J].安徽电力，2016，33（1）∶1-3.

[3]吴文健，童小忠，应光耀，等.浙江省内国产化600 MW汽轮发电机组振动综合处理.浙江电力，2010，29（10）∶28-31.

[4]李荣义，李小军，陆颂元，等.两台大型机组动静碰磨故障现场分析及诊断[J].汽轮机技术，2008，9（6）∶440-442.

[5]王士敏，陆启韶，等.转子通过临界转速时碰摩热效应对振动特性的影响[J].动力学与控制学报，2004，2（3）∶64-68.

[6]魏继龙，杜君文，刘俊汉，等.600 MW发电机转子不稳定振动分析及控制[J].中国电力，2004，2（3）∶64-68.

（本文编辑：徐晗）

Diagnosis and Treatment on Abnormal Vibration of Low-pressure Rotors of 630 MW Units

LI Weijun，WU Wenjian，YING Guangyao
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The abnormal vibration of low-pressure rotors of 630 MW units is tested.The result shows that there is initial unbalance or thermal unbalance in the rotors；besides，the kinetic-static clearance is small，and thermal unbalancing of the rotors results in rubbing of low-pressure rotor and the abnormal shaft vibration. The abnormal vibration is thoroughly eliminated by on-site dynamic balancing of low-pressure rotors and wheels of turbine and generator，which can be used as reference for the fault diagnosis of 630 MW units.

630 MW units；low-pressure rotor；abnormal vibration；rubbing；dynamic balancing

项目：国家自然科学基金资助项目（51275452）；国网浙江省电力公司科技项目（5211DS14005B）

TK268+.1

B

1007-1881（2017）01-0054-04

2016-12-08

李卫军（1975），男，高级工程师，主要从事汽轮机故障诊断及处理工作。