1 000 MW机组低压缸轴瓦振动故障原因分析及治理

王勇

(上海发电设备成套设计研究院，上海，200240)

0 引言

某厂商制造的百万机组作为新引进的机组，其单支撑、落地式轴承完全不同其它类型的百万机组或常规的300 MW、600 MW机组，对其振动机理产生的原因还有待进一步的探索[1]。该型超超临界百万机组大都存在低压缸轴瓦振动超标问题，严重威胁机组的安全、稳定运行。本文以某电厂1#机组5#轴瓦振动的成功治理为例，介绍了该型机组低压缸轴瓦振动的故障原因和处理方法。

1 汽轮机主要技术规范

某电厂1#机组是超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机。其主要设计性能参数如下：

额定功率 （ECR）：1 030 MW

最大功率 （MCR）：1 105 MW

额定转速：3 000 r/min

转向：从机头看为顺时针方向

主蒸汽压力：26.25 MPa

主蒸汽温度：600℃

再热蒸汽压力：6.05 MPa

再热蒸汽温度：600℃

额定工况设计热耗：7 318 kJ/kW·h

回热系统：3高压加热器 （双列）+1除氧器+4低压加热器

通流型式：1个高压缸，1个中压缸，2个低压缸，中、低压缸双流

末级动叶片长度：1 146 mm

2 汽轮机轴系结构特点

某电厂的该型百万机组汽轮发电机轴系上共有5个对轮，连接高压转子和中压转子的简称高中对轮，依次还有中低对轮、低低对轮、低发对轮、发励对轮，另外液力盘车轴与高压转子之间有一个齿型联轴器。其中高压转子为双支撑结构，中压转子和2根低压转子为单支撑结构，发电机转子为双支撑结构，励磁机转子为单支撑结构。

3 5#瓦振动异常情况及运行调整

3.1 异常情况简介

2014年 3月 30日 14∶00，1#机组负荷 830 MW，就地检查发现1#汽轮机5#瓦处有异音，DCS画面上瓦振5X在1.9～2.3 mm/s波动，5Y在2.6～3.4 mm/s波动 （汽轮机瓦振保护动作值11.8 mm/s），轴振在0.046～0.052 mm波动（汽轮机ETS跳闸条件中无轴振保护动作值，但要求转子轴振不应高于0.13 mm），DCS画面显示振动值变化不大，但就地实测5#瓦轴承箱的轴向和垂直2个方向上振动值偏大 （轴向0.4 mm，垂直0.057 mm，水平0.01 mm），测量基础和轴承座振动差值较大（基础垂直0.01 mm，轴向0.01 mm；轴承座垂直0.05 mm，轴向0.09 mm）。全面检查汽轮机转子轴向位移、油系统、旁路系统、真空、排汽温度等有关数据，未发现异常，但低压缸膨胀明显增大（由9.7 mm 变化到13.5 mm）。 从16∶30开始至20∶20，1#机逐渐减负荷至720 MW，汽机5#轴承箱5#瓦对应位置周期性异声消失，但就地测量5#轴承箱振动仍偏大 （轴向0.384 mm，垂直0.10 mm，水平0.045 mm），但DCS画面显示振动值变化不大。由于就地已没有周期性异音，机组正常运行，观察5#瓦振动情况。

3.2 运行调整

（1）2014年3月31日，对1#机组分别进行提高轴封温度试验，降低再热主汽温度试验，机组负荷扰动试验，5#瓦轴承箱就地振动均没有好转。

（2）2014年4月1日，对1#机组进行降真空试验，机组振动明显下降，但提高机组负荷至800 MW，机组的振动不稳定，终止降真空试验，并观察运行，保持机组负荷始终维持800 MW以内运行 （就地测量5#瓦轴承箱轴向振动在0.37 mm以内，DCS显示瓦振最大3.4 mm/s，DCS轴振为0.061 mm）。

（3）2014年4月2日，再次对1#机组进行降真空升负荷试验，机组负荷780～1 000 MW，高压凝汽器真空值6.1～7.4 kPa，汽轮机振动较稳定，能够控制5#瓦轴承箱就地轴向振动值不超过0.3 mm，垂直振动不超过0.05 mm，水平振动不超过0.02 mm，就地轴瓦无异音。

4 5#瓦振动原因分析及运行控制措施

4.1 振动原因分析

（1）调取了2013年7月至2013年11月1#机5#瓦的振动数据，5#瓦的轴振和瓦振在5个月范围内都没有大幅波动，轴振和瓦振值均在良好范围之内。从数据来看振动是突然变大的，不是缓慢变化的。

（2）根据1#机组5#瓦振动相关数据分析（见图1），轴振一倍频基值较大，且有波动 （0.05～0.081 mm）， 二 倍 频 有 少 量 波 动 （0.015～0.022 mm），相位角变化50°；凝汽器真空对振动的影响较大（调整高压凝汽器真空值在6 kPa以上时，就地瓦轴向振动能控制在0.3 mm以内，机组正常运行时高压凝汽器真空值应在5 kPa左右）、低胀突变（低胀由9.7 mm突变到13.5 mm），经以上分析，初步判断1#机低压缸内部可能存在轻微动静碰磨。

图1 1#机5#瓦振动频谱图

（3）5#瓦5X轴振存在低频量 （5X在0.5～2.4 μm波动），振动大时有异音，而且顶轴油压不稳定，判断轴瓦本身可能存在问题。

（4）轴承座基础和轴承座实测振动差异较大（基础垂直0.01 mm，轴向0.01 mm；轴承座垂直0.05 mm，轴向0.09 mm），轴承座刚度可能不足。

（5）5#瓦轴承座刚度不足会影响2#低压缸转子和发电机转子对轮中心，对轮中心偏差会导致5#瓦振动偏大。

（6）查阅制造厂资料，低压缸膨胀正常值应该在20～25 mm，1#机低压缸膨胀只有13.5 mm，低压缸膨胀不畅影响5#瓦振动。

4.2 运行中采取的主要控制措施

（1）通过降低机组真空值，可以控制1#机组5#瓦振动值，保证1#机5#瓦轴向振动值不超过0.3 mm，垂直振动不超过0.05 mm，水平振动不超过0.02 mm，目前机组可以短期监测运行，但振动不能超过规定值。

（2）1#机5#轴承箱刚性不足也是影响5#瓦振动偏大的因素之一，在发电机端盖和5#轴承箱之间加装方木板硬性支撑，加装方式见图2。5#瓦轴承箱加装轴向支撑后振动明显下降，1#机组正常加、减负荷并保持最佳真空，就地测量5#瓦轴承箱的轴向振动在0.07～0.095 mm，振动值在正常范围之内。

图2 1#机5#瓦运行加支撑图

（3）5#瓦轴承箱加装轴向支撑后，1#机组5#瓦的振动值已回复正常，暂不停机处理5#瓦振动大问题，待2014年10月1#机组大修时一并解决该问题。目前，运行和检修人员做好相关的防范措施，1#机组监视运行。

5 5#瓦振动异常停机后的检查处理

1#机组在2014年10月停机后，根据5#瓦振动异常的可能原因，逐条进行了检查和处理。

5.1 2#低压转子定位值K1检查

2#低压转子定位值K1，由于厂家设计问题，比正常值偏小10 mm，造成2#低压转子和隔板轻微碰磨；碰磨车削部位见图3。检修期间2#低压转子送制造厂车削，恢复正确K1值。

图3 1#机低压转子碰磨车削部位图

5.2 5#瓦检查

解体检查5#瓦，翻出下瓦后发现下瓦左侧钨金面大面积发黄有过热痕迹，如图4所示。判断5#瓦下瓦左侧承受较大载荷，钨金面温度过高，导致油质碳化；另外，5#瓦经过长时间的振动运行，致局部过热，导致油质碳化。5#瓦经金属专业做着色和探伤检查未发现异常，5#瓦除去碳化油迹不做其它处理。

图4 1#机5#瓦下瓦钨金面过热发黄图

5.3 低压缸膨胀不畅检查

1#机低压缸膨胀不畅也是影响5#瓦振动的因素之一，检修期间，针对低压缸膨胀不畅进行了检查并对检查存在的问题进行了处理：

（1）如图5所示，检查发现中低压缸拉杆锁紧螺帽松动导致膨胀和收缩量减少。将中低压缸拉杆锁紧螺帽拧紧并加止动垫片。

图5 1#机中低压缸拉杆锁紧螺帽松动图

（2）如图6所示， 检查发现1#、2#低压内缸之间推拉杠螺帽锁紧垫片严重变形以及A排1#、2#低压内缸之间推拉杠补焊处断裂导致低压缸膨胀和收缩量减少。将连接杆更换成等径圆钢，垫片更换成一个小平垫片和一个大锁紧垫片，螺帽紧固，进行加强，防止断裂。

图6 1#、2#低压内缸之间推拉杠处理前后对比图

（3）检查1#、2#低压内缸8个猫爪支撑垫块、4个中心导向键良好，垫块和导向键无明显摩擦划痕，不会阻碍到低压内缸膨胀。

5.4 中心调整

重新按标准调整中低、低低、低发对轮中心，使整个低压转子轴系和各轴瓦载荷恢复到厂家要求状态。

5.5 地脚螺栓紧固

重新紧固5#瓦所在低压轴承箱地脚螺栓，保证轴承箱有良好的刚性。

6 振动异常处理的重点、难点及建议

（1）5#瓦振动异常发生在1#机组抢、发电的关键时期，1#机组立即停机处理5#瓦振动异常会造成很大的经济损失，同时也会对电厂的信誉造成一定影响；其次1#机组年初就确定并上报了检修计划，定在10月份进行大修，所有1#机组的检修、改造项目的实施方案、物资计划、施工单位都按10月份的进度准备的，突然停机，无法按要求完成机组的检修和改造任务；如何在1#机组正常运行的前提下控制5#瓦的振动，直到10月份停机处理是一个重点和难点，本次5#瓦振动异常的处理，成功解决了这一难题。建议今后其它电厂遇到类似问题时，尽可能在保证机组运行的前提下，控制轴瓦振动，掌握主动权，选择合适时机停机处理。

（2）本次5#瓦振动异常的原因比较多，包括动静碰磨、轴瓦自身缺陷、低压缸膨胀不畅、转子中心偏差、轴承箱刚度差等诸多原因，如果分析和处理不够完全， 5#瓦振动异常就不会成功处理。建议今后其它电厂遇到类似问题时，最好进行全面分析，找准全部原因。

（3）本次在5#瓦振动异常的处理过程中，低压转子进行了返厂车削，由于低压转子超高、超宽、超重 （96 t），它的运输也是重点和难点之一。这次提前制定了低压转子运输方案并制定了应急预案，确保低压转子运输过程的安全。建议今后其它电厂在进行转子运输时，制定完善的方案，确保安全。

7 5#瓦振动异常处理后的效果

1#机组大修后，于2014年12月下旬开机，机组在冲转、并网、带负荷、升负荷整个过程中5#瓦的振动都达到了优秀标准，满负荷1 000 MW运行时，整个轴系的振动情况良好。1#机组满负荷运行时5#瓦振动情况：DCS瓦振0.3～0.4 mm/s，轴振5X和5Y方向的振动值均小于0.025 mm；就地测量5#瓦轴承箱的轴向振动在0.05～0.07 mm；低压缸膨胀为21 mm，恢复至正常值。经过1#机组大修，5#瓦振动的问题得到了彻底解决，消除了机组的安全隐患。

8 结论

（1）某厂商设计制造的超超临界百万机组因其特殊的轴系和超长的大修间隔，在运行中出现的轴瓦振动故障，其故障原因分析和处理存在较大的困难，需要不断加强研究，积累经验[2]。

（2）对于轴瓦振动故障的治理，轴瓦自身缺陷的处理要和整个轴系的调整同步进行。运行中轴系是一个整体，单纯处理故障轴瓦可能会引起邻近轴瓦振动的增加，会导致整个轴系失稳。

（3）轴瓦振动有时并不是轴瓦自身缺陷造成，而是由于制造厂其它相关部件加工存在问题或是基建时未严格按质量标准安装引起的。本次5#瓦振动故障原因分析和治理为同类型机组轴瓦振动问题的处理提供了行之有效的思路和方法。