某汽轮机启机过程动静碰磨故障分析与处理

湛江电力有限公司 刘涛 陈华辉

某汽轮机启机过程动静碰磨故障分析与处理

湛江电力有限公司 刘涛 陈华辉

本文针对某电厂2号汽轮机在大修后启动过程中出现振动大的问题，通过对机组启动过程振动进行数据分析，确认汽轮机发生了动静碰磨故障。采取降速暖机，控制轴振动，通过摩擦扩大动静间隙的措施，最终保证了机组顺利启动。

汽轮机；动静碰磨；振动

0 前言

为提高汽轮机效率，汽轮机大修时经常会将动静间隙调整的较小。因此，大修后冲转时经常会发生动静碰磨导致振动过大无法正常启动。当碰磨严重或操作不当时，往往造成严重的后果，如叶片断裂、转轴将产生热弯曲，甚至产生永久弯曲。因此，当机组发生动静碰磨故障时，除了对故障原因的判断要准确外，及时采取有效的解决措施也至关重要。

1 故障发生概况

2号汽轮机为东方汽轮机厂生产并增容改造的330MW、亚临界、中间再热、双缸双排汽、凝汽式机组。轴系由高中压转子、低压转子和发电机转子、集电小轴及7个轴承组成，见图1所示，其中1号、2号轴承为可倾瓦轴承，其他轴承均为椭圆瓦轴承。

1.1 大修后首次冲转

2017年2月至4月，2号机组进行大修。4月9日，机组大修后冷态启动。图2所示为低压转子轴振波德图。转速升至1200r/min时各测点振动均比较良好，轴振均小于40um，瓦振小于10um。但暖机过程中#3、#4瓦轴振开始缓慢爬升，20min后振动上升速率加快。3X升至119um后，降转速至600r/min。降速过程中，振动继续增大，其中3X最高升至198um。600r/min暖机过程中，振动有所下降，但3X保持在131um左右不再下降。执行打闸操作，转子静止后投入盘车运行。此时，DCS画面显示转子偏心值为54um，就地测得大轴晃动度为60um，而冲转前转子偏心值仅为24um。整个升降速过程中，除高中压缸瓦振随低压转子轴振同步变化外，其他测点振动均较小且无异常波动。

1.2 第二次冲转

待转子偏心值恢复至26um后，再次进行冲转。图3所示为第二次冲转时低压转子振动波德图。与第一次类似，1200r/min暖机过程中#3、#4瓦轴振开始缓慢爬升，约20min后振动上升速率加快，轴振超过120um，手动打闸。降速过程中，振动继续增大，其中3X最高升至252um，3Y最高升至248um。转速降至150r/min时，3X仍然高达232um，3Y高达236um。转子静止后投入盘车运行，DCS画面显示转子偏心值为90um（远远超过冲转前偏心值），就地测得大轴晃动度已顶表。

图1 轴系示意图

图2 低压转子轴振波德图（第一次冲转）

图3 低压转子轴振波德图（第二次冲转）

2 振动分析

2.1 图谱分析

图4 低压转子轴振瀑布图（1200r/min中速暖机）

图5 低压转子轴振波德图（第四次升速）

由波德图可以看出，两次冲转振动变化相似，中速暖机过程中振动均持续爬升，相位也发生缓慢变化。打闸后振动不降反而继续上升，尤其第二次打闸后轴振非常高，低速时仍然保持较高水平。盘车时大轴偏心值和晃动度较高，盘车一段时间后可以恢复至原始值。分析其瀑布图，发现振动向上发散主要由转频引起，见图4所示。

2.2 大修前后相关数据分析

大修前测量得中低对轮中心偏差数据为高低差60um，张口26um。修后的中低对轮中心偏差数据为高低差45um，张口14um，均符合标准要求，且向修前数据靠近。而且转子升速至1200r/min初期振动良好，暖机过程中才开始爬升，说明振动异常与轴系调整及载荷分配调整等关系不大。

本次机组大修，出于提高机组效率考虑，汽封间隙是按照标准的下限进行调整，首次启动发生动静碰磨的可能性非常大。

2.3 动静碰磨特征和机理

动静碰磨主要有如下特征：（1）固定转速下，振幅随时间逐渐增大或逐渐减小，变化的分量主要是一倍频成分；相位可能同时缓慢变化，也可能基本不变。（2）振幅、相位出现变化的时刻应该滞后于运行工况的变化。（3）严重碰磨在低频和倍频分量都应该有较明显的反映；非严重碰磨不会出现倍频分量增大，无法从频谱图上获得决定性判据。（4）动静碰磨可能发生的工况：定速暖机（包括临界转速前后）、升速过程、带负荷过程。

从两次冲转的振动现象来看，可以确认机组冲转过程中发生了动静碰磨，结合检修情况，判断碰磨主要发生在汽封，且第二次冲转碰磨较为严重。一般情况下，当摩擦发生在一阶临界转速以下时，转子局部受热产生热弯曲，而热弯曲的与不平衡量的角度相差小于90°。因此，摩擦后的总不平衡量将大于原始不平衡量，使摩擦进一步加重，转子的热弯曲也将继续增大，于是总的不平衡量又要增大，使摩擦再度加重，转子越磨越弯，形成恶性循环，最终振动快速发散、无法控制，振幅迅速超出限值，引发机组跳机。由此可以看出，机组两次冲转，值班员处理比较及时，轴振尚未到报警就打闸了。尽管如此，打闸过程中振动仍然向上发散，尤其第二次惰走时轴振超过了跳闸值。如果等到机组保护动作跳闸，那么惰走时振动可能会更大，极有可能造成严重的后果，导致大轴发生永久性弯曲。

3 故障处理

随着转子盘车运行，转子偏心值能够逐渐恢复至原始值，说明转子只是产生了热弯曲。为安全起见，至少盘车2小时，且转子偏心值恢复至原始值后再进行升速。通过控制轴振动、保证机组运行安全的前提下进行“磨合”，将动静接触部分磨平，使动静间隙逐渐合适，从而消除摩擦。

调整冲转参数，降低主汽压力至1.8MPa，提高再热汽压力至0.3Mpa；降低高压轴封温度至180—190℃；只保留一台真空泵运行，降低真空至84KPa以下。

将中速暖机转速下调至800r/min。待振动相对稳定且满足暖机结束条件，再升速至2000r/min进行高速暖机。升速或暖机过程中如任一轴振达到120um，瓦振达到60um，且上升较快时先进行降速暖机，若振动继续增大超过150um，则机组打闸。

3.1 第三次冲转

检查大轴晃动度和转子偏心值均已恢复后，再次进行冲转，升速至800r/min低速暖机。暖机过程中，3X、3Y继续爬升，19min后3X爬升至115um，3Y爬升至65um。降速至500r/min暖机，振动并未减小，而继续爬升，3X逐渐爬升至152um，3Y逐渐爬升至132um，且呈继续上升趋势。机组打闸，惰走过程中，3X最高升至154um，3Y最高升至164um。盘车投入后，DCS画面显示转子偏心值为55um。

3.2 第四次冲转

待转子弯曲值恢复至25um后，继续升速至900r/min进行低速暖机。暖机过程中振动基本上比较稳定，保持65um以下。往后的升速、高速暖机以及工作转速下，振动同样没有再出现明显异常，说明动静碰磨故障已基本排除，如图5所示。

4 结论

机组大修时，汽封间隙依据标准的下限进行调整，导致启动升速过程中发生了动静碰磨故障，振动无法稳定，迅速向上发散。如果不果断采取措施而等保护动作跳机，则极有可能惰走时振动继续爬升，产生剧烈振动，造成严重的后果，甚至产生大轴永久性弯曲。本次故障处理中，运行人员没有冒险强制升速，且振动幅值控制也比较适合，故转子只是产生了热弯曲，并没有造成较为严重的后果。在进行了四次冲转后，最终消除了动静碰磨，并顺利启动带上负荷。

[1]张学延.汽轮发电机组振动诊断[M].北京：中国电力出版社，2008：204-212.

[2]孔祥渠，宋光雄，李威.汽轮发电机组启机过程动静摩擦故障分析[J]汽轮机技术，2012，第54卷第2期.

[3]陆颂元.大型机组动静碰磨的振动特征及现场应急处理方法[J]中国电力，2003，第38卷第1期.