600MW 汽轮机组轴瓦振动分析与处理

王家杰

（皖能合肥发电有限公司，安徽 合肥230041）

600MW 汽轮机轴瓦振动问题多年来一直困扰着汽轮机组的维护人员，600MW 汽轮机组是一项高精度的设备，且振动直接影响着汽轮机组运行的安全性与可靠性. 现代大型汽轮机组的运行中，都会配备相应的监视设备，加强对汽轮机轴瓦振动的运行监控用以保证设备的稳定和安全，由于汽轮机在运行的过程中是不能中止的，这就要求为保障汽轮机组的安全运行需要根据600MW 汽轮机组的振动情况进行现场实际分析，确定产生振动的原因，从而采用针对性的方法予以解决。

1 600MW 汽轮机组轴瓦产生振动的原因及机理

1.1 产生振动的现象

600MW 汽轮机组的机械结构原理图如下图1 所示。

图1 600MW 汽轮机组的机械结构原理图

（1）机组顺阀运行#1 轴承振动增大时振动测试结果（测试数据由电科院提供）：高中压转子一阶临界转速1540r/min，但600MW 负荷振动波动时为标准同相振动，同时#2、#3 轴承也为标准同相振动，表明高中压转子受到跨外影响严重。

（2）600MW 负荷各瓦瓦温（DCS 数据）：#2 轴承瓦温明显比#1、#3 高近20℃，表明#2 轴承载荷较重。同时，#1、#3 瓦1 点温度高于2 点但#2 瓦温却是2 点温度高于1 点，表明#2 瓦油膜偏于3 象限而#1、#3 瓦油膜偏于4 象限。600MW 汽轮机组带负荷过程#1 号轴承振动及GV 阀开度趋势图如下图2 所示。

图2 带负荷过程#1 号轴承振动及GV 阀开度趋势图（DCS 数据）

单阀工况#1 轴承振动平衡正常，顺阀工况1Y 明显随GV2阀位波动而波动，但当GV1 开始开启后1Y 振动波动消失，而GV1 关闭后随GV2 阀波动1Y 幅值再次明显波动。甚至波动次数、峰值都与GV2 阀位波动完全对应。

1.2 轴瓦产生振动的机理分析

（1）高中压转子与低压I 转子经由#1、#2、#3 轴承形成跷跷板，支点为#2 轴承：机组轴封系统在进入自密封后，因#1 轴承侧高排端出汽压力高于#2 轴承侧中排端出汽压力，常导致中压端轴封出汽不畅，除沿径向出汽至轴封母管外，还沿轴向部分出汽，致使#2 轴承座上抬（现场实测可上抬400m 至1mm）；此外，#3 轴承为挂缸轴承，随机组背压变化，其相对于冷态有下沉趋势。两方面加重了#2 轴承的载荷，导致#2 轴承瓦温高（有的可达95℃以上）及左右瓦温偏差大（可达20℃以上）。

（2）基于动压滑动轴承的工作原理，通常油膜应形成在3 象限（顺时针旋转），所以现场往往观察到X 方向的振动会大于Y方向的振动（由于油膜刚度的作用，Y 方向的支撑刚度往往大于X 方向）。由于#1、#2 轴承为可倾瓦而#3 轴承为椭圆瓦结构，即#3 轴承侧隙比#2 轴承大很多，因旋转而形成油膜时，低压转子会带着高中压转子往3 象限跑，但由于#2 轴承的侧隙小，这种运动会受到#2 轴承的限制，使得#3 轴承的载荷部分转移至#2轴承，加重#2 轴承的热态负载；另一方面，低压转子向3 象限的运动，通过#2 轴承这个支点，使#1 轴承处轴颈向4 象限运动，这同时也减轻了#1 轴承的负载，这也就是#1 轴承Y 方向振动比X 方向大的原因，同时也是#1、#3 轴承1 点温度比2 点温度高的原因。

（3）由于高中压转子平衡状态良好，单阀运行时，在#1、#2、#3 轴承形成跷跷板效应下，各轴承振动还处于正常水平，但明显#1 轴承在负载减轻的同时却由于轴颈向4 象限运动量过多，使得其油膜形成在4 象限对应的瓦块上，而且是斜向受力，其瓦块的自就位能力几乎已经丧失，所以表现出#1 轴承振动还在正常范围内，但瓦振却已超标（1Y 为85μm 时1 瓦振动已达56μm），对比同为落地轴承的#2 振动情况，2X 振动79μm，但#2 瓦振只为38μm。

2 振动诊断结果分析

机组#1 轴承顺阀工况下的振动问题，本质上是#1、#2、#3轴承形成以#2 轴承为支点的跷跷板效应，导致#1 轴承油膜形成不良和位置不好，以及顺阀工况时受不均匀汽流力作用，所以才导致：#1 轴承回油温度正常但瓦油偏低；1Y 振动会明显大于1X；#2 轴承瓦温高（有的可达95℃以上）及左右瓦温偏差大（可达20℃以上）。

#1 瓦振明显（即便是在#1 轴振优秀时也如此）；在GV3、GV4 同时开启的条件下，不存在只开GV2 或只开GV1 振动减小的可能，但先开GV2 振动增大的情况下，再开GV1 振动必然减小，反之亦然。因为此时从蒸汽流量上看实质上已等同于单阀；#2 瓦温偏高（实际瓦温比测量值还高，因为发热点比正常形成油膜状态下离测温点更远）；高中压转子至少表现为强同相振动。

3 轴瓦振动消除措施

600MW 汽轮机组轴瓦振动消除措施如下:（1）#2 轴承下调5 丝，左调8 丝，即向瓦温高的2 点侧水平调整8 丝。（2）当前振动水平不建议对#1 轴承进行调整（可能影响主油泵小轴与主转子的联接）。（3）启机带负荷后重调顺阀阀序（希望能遵循对角同开，增加稳定的原则），建议的阀序：1-4，3，2 或2-3，4，1。

通过对600MW 汽轮机组轴瓦振动原因进行分析确定了汽轮机组轴瓦振动本质上是#1、#2、#3 轴承形成以#2 轴承为支点的跷跷板效应，导致#1 轴承油膜形成不良（边缘受力），形成位置不好（4 象限形成油膜），并在顺阀工况时受不均匀汽流力作用的结果。因此，为了解决该问题，必须对机组的安装与检修过程严格控制，不但安装振动保护设备，还需进一步检测刚度，以保证最大限度地减少汽轮机组轴瓦发生异常振动问题，从而确保热电厂平稳安全有效运行。[1]韩灿鹏.汽轮机轴瓦振动大原因及处理措施[J].山东工业技术，2018（8）：28-29.